神経管閉鎖におけるカスパーゼ活性化の生理的意義の解明

2012 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11J11079
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 篠塚 直美 東京大学, 大学院・薬学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Keywords: アポトーシス / カスパーゼ / 神経管閉鎖 / 形態形成 / 哺乳類初期発生 / ライブイメージング / カスパーゼ活性化検出プローブ

Research Abstract

初期発生に見られる形態形成過程の1つ、神経管閉鎖において、アポトーシス及びアポトーシス実行因子であるカスパーゼの活性化が重要な役割を果たすことが考えられてきた。これは、カスパーゼ欠損マウスが高頻度で外脳症や無脳症を示すためである。しかしながら、従来の組織切片による静的な観察では、動的な神経管閉鎖過程におけるカスパーゼ活性がその過程で具体的にどのような機能を果たすのか知ることができなかった。そこで、カスパーゼ活性化検出プローブであるSCAT3を全身で発現するトランスジェニックマウスを用いてライブイメージングとその解析を行い、カスパーゼ活性化が神経管閉鎖の進行に与える影響につて検討した。その結果、カスパーゼ活性化阻害下において神経管閉鎖速度の低下が観察され、神経管閉鎖速度の調節にカスパーゼ活性化が関与する可能性が考えられた。また、イメージングデータの詳細な観察により、少なくとも2種類の異なる挙動を示すアポトーシスが起きていることを発見した。
本年度は、神経管が形成される過程で観察されるアポトーシスとして、正中線融合部に焦点を絞り、神経管形成期の組織の融合及びリモデリングに対するアポトーシスやカスパーゼ活性の寄与の解明に取り組んだ。これまでの研究から、口蓋や腹膜など左右から伸張してきた組織が1枚のシート状の組織となる融合部位でアポトーシスが起こり、組織融合を促進することが知られている。神経管形成過程でも類似の形態変化が見られるものの、実際に組織融合にアポトーシスが寄与しているかは不明であった。そこで、神経管形成期で起こる組織融合過程のアポトーシスについて、その起こる部位やどの細胞がアポトーシスを起こるかを明らかにするため、高解像度イメージングに挑戦した。その結果、上記で構築されたライブイメージングシステムを改善することで、1細胞を識別できる解像度を達成した。得られたデータから、神経管閉鎖が完了後、正中線上の細胞が前後軸方向に伸びていく様子が観察された。また、この様子はカスパーゼ活性阻害剤処理下では抑制されることが確認された。これは、神経管形成後の組織リモデリングにカスパーゼ活性が寄与する可能性を示唆する。現在はそのメカニズムについて検討中である。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本年度は、研究の方向性を模索する段階であったが、構築したシステムを改善し、より解像度の高いデータを得ることができた。そして、これにより、新たに興味深い結果を得ることに成功している。また、今後の解析に用いるマウスについて良好な傾向が得られている点で、進展があったと考えている。

Strategy for Future Research Activity

本年度は、神経管形成期の組織融合とリモデリングにおけるアポトーシスの寄与について、1細胞レベルの高解像度イメージングを行い、解析していく予定である。高解像度イメージングでは、正常発生をどの程度再現しているかが重要な点となる。そこで、生体内の様子との対応を丁寧にとりながら、観察を進めて行く。以上を通じて、不明な点が多い、神経管の形成直後に見られる組織融合や組織リモデリング、またそこでのアポトーシスの関連について、詳細に記述していく。また、これによりアポトーシスが多く観察された部位に対し、Cre-loxPシステムを用いて、部位特異的なカスパーゼ活性及びアポトーシスの阻害を行うことで、アポトーシスの担う生理的意義を明らかにして行く。そして、得られた結果を論文として発表したいと考えている。

Research Products

• [Presentation] Live-imaging analysis of SCAT3 transgenic mice revealed the contribution of apoptosis and caspase-activation to the smooth progression of mouse cranial neural tube closure (2012)
  • Author(s): Shinotsuka, N., Yamaguchi, Y., Nonomura, K., Yoshida, A., Takmoto, K., Keisuke Kuida, Hiroki Yoshida, and Miura, M.
  • Organizer: 第45回日本発生生物学会&第64回日本細胞生物学会合同学会
  • Place of Presentation: 神戸市
  • Year and Date: 20120528-20120531
• [Presentation] Time-lapse imaging in SCAT3 transgenic mice revealed the functions of apoptosis and caspase-activation during neural tube closure (2012)
  • Author(s): Shinotsuka, N., Yamaguchi, Y., Nonomura, K., Yoshida, A., Takemoto, K., Keisuke Kuida, Hiroki Yoshida, and Miura, M.
  • Organizer: Cold Spring Harbor meeting, "Molecular pathways in organ development and disease."
  • Place of Presentation: New York、USA
  • Year and Date: 20120417-20120421