2017 Fiscal Year Annual Research Report

Molecular mechanisms leading to the balance between qualitative and quantitative changes of the neural progenitor cells

Research Project

Project/Area Number	17H03684
Research Institution	Nara Institute of Science and Technology
Principal Investigator	笹井紀明奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 准教授 (80391960)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	別所康全奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 教授 (70261253) 西晶子奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 助教 (50772422)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords	ソニック・ヘッジホッグ / 神経管 / ニワトリ胚 / 胚性幹細胞 / フィードバック効果
Outline of Annual Research Achievements	脊椎動物の発生過程において、中枢神経系は胚の背側に形成される神経管と呼ばれる、頭尾軸に沿った細長い構造体から発生する。神経管には多数の神経前駆細胞または神経細胞が複雑でかつ正確に配置されており、その細胞数も厳密に決まっている。本研究は、細胞の増殖と分化のバランスを制御する細胞内外の制御機構を明らかにすることである。本研究では、神経系の発生に重要な役割を果たすシグナル因子の１つ、ソニック・ヘッジホッグ（Sonic Hedgehog: Shh）の役割について解析を進めている。Shhは神経管の腹側に発現し、神経管内で濃度勾配を形成しながら神経前駆細胞の運命決定や増殖に必須の役割を果たす。これまでの研究から、前駆細胞の運命決定には濃度勾配のみが必要とされてきたが、最近の研究から、濃度勾配に加えてシグナル強度の継時的な変化が前駆細胞の増殖や運命決定に必須であることが明らかになっている。平成２９年度は、シグナル強度の継時的な変化を制御する遺伝子の解析を中心に行い、Gタンパク質共役受容体（GPCR）の１つを単離してその機能を解析した。このGPCRはShhシグナルによって発現が誘導されるが、Shhシグナルを負に制御する機能を持つことが明らかになった。ニワトリ胚を用いたさらなる解析から、このGPCRは細胞内のcAMP濃度を上昇することによってShhの仲介因子（Gli）の活性を制御することがわかった。また、マウスES細胞から分化させた神経細胞でも同様の活性が確認されたため、動物種を超えてこの遺伝子の機能が保存されていると言える。現在、この研究成果を論文としてまとめ、投稿中である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason Shhシグナルの継時的な変化について、その制御機構の一端を明らかにできたことから、本研究の進捗はおおむね順調と自己評価している。前駆細胞の増殖機構についても現在解析を進めているが、当初予想していなかった結果が得られており、平成３０年度はこの解析に注力する。
Strategy for Future Research Activity	シグナルのフィードバック効果の解析については、マウスES細胞を用いた神経分化システムを用いて、主に機能喪失実験を進めていく。また現在、神経前駆細胞の増殖効果についても、遺伝子変異マウスを用いた機能解析を進めている。