Investigation of the mechanism of the Ca2+ dependent exocrine pancreatic secretion by optogenetic control

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K07782
• Research Institution: Juntendo University
• Principal Investigator: 中村 京子 順天堂大学, 医学部, 非常勤助教 (90578858)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 濱田 耕造 国立研究開発法人理化学研究所, 脳科学総合研究センター, 研究員 (00311358)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: カルシウムシグナリング / ムスカリニックアセチルコリン受容体 / 光刺激

Outline of Annual Research Achievements

膵臓腺房細胞には、細胞内のCa濃度を上昇させ消化酵素の分泌に大きく関与しているムスカリニックアセチルコリン受容体(mAChR)のタイプ1とタイプ3が発現しており、これらの受容体を介するアゴニスト(acetylcholine) 誘発性の細胞内Ca上昇は、その上昇パターンがサブタイプ特異的であることがわかっている。タイプ1を介するCa上昇は振動を伴わないが、タイプ3を介するCa上昇は多くの場合振動を伴う。このCa応答性のパターンの違いが、消化酵素の分泌機構に関わっていることが推察されるため、光刺激によって細胞内Ca動態を制御し、酵素分泌を促す系の確立を試みた。そこでまず光刺激で細胞内のCa上昇を誘導する受容体を作製した。mAChRは7回膜貫通型のGタンパク質共役型受容体であるため、タイプ1および3の細胞内領域（3ヶ所の細胞内ループとC末端領域）と、光感受性タンパク質であるロドプシンの細胞外および膜貫通領域とのキメラ受容体(opto-XR)を作成し、HEK293細胞に発現させて光刺激で細胞内のCa動態を見た。測定系の確立のため、ポジコンのopto-XRとして、アドレナリンアルファ1受容体と光感受性タンパク質であるロドプシンとのキメラ受容体opto-アルファ1-AR (Airan et al.: Nature 2009)のC末端に、赤色蛍光タンパク質であるtdTomatoを付加してHEK293細胞に発現させ青色光を照射したところ、大きな細胞内Ca上昇が見られた。mAChとロドプシンとのキメラ受容体では、発現させたいくつかの細胞でCaの上昇が見られたものの振動の有無を検出できるまでの精度には至らなく、さらなるツールの開発に取り組んでいる。