エンドソーム系システムの破綻による細胞死の分子生理学的研究

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K07378
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 安藤 恵子 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, 客員研究員 (40221741)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: カルシウムイメージング / 線虫 / アポトーシス

Outline of Annual Research Achievements

重症先天性好中球減少症（severe congenital neutropenia: SCN）は慢性好中球減少症、反復性細菌感染症を臨床的特徴とし、骨髄球の成熟障害と過剰なアポトーシスを示す。SCN5において細胞内小胞輸送遺伝子vps45のホモ接合体変異が報告されているが、vps45の異常がどのように疾患発症を引き起こすのかそのメカニズムはよくわかっていない。本年度はSCNの病態発現メカニズムを解明することを目的にvps45の原因突然変異を導入した線虫モデルの作製を試みた。SCN5で同定されたミスセンス変異を含むヒトvps45 cDNAと線虫vps-45ホモログの遺伝子発現制御配列を連結し発現コンストラクトを作成した。生殖細胞へのマイクロインジェクションによりトランスジェニック線虫を作成し、vps-45ヌル変異体との交配により変異型ヒトvps45を発現する系統を樹立した。同様にコントロールとして正常vps45を発現する系統を樹立した。今後これらの線虫モデルを用いて詳細な表現型解析を進めていきたいと考えている。
また、SCNでは好中球減少症以外に精神運動発達遅滞や難治性てんかんなどの神経学的異常を合併する特徴がある。そこで神経系の異常を解析するため蛍光カルシウムプローブG-CaMPと高速共焦点レーザー顕微鏡を組み合わせて、生体カルシウムイメージングを行うシステムを構築した。このシステムにより線虫神経系、マウス腸管神経系のカルシウム動態を時空間的に高解像度で可視化することに成功しており、今後SCNモデルの解析に応用していく。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

vps45変異の線虫モデルを当初予定した通りに順調に作成することができている。また、蛍光イメージングによる細胞内のカルシウム動態を可視化・解析するシステムが確立し、疾患動物モデルにおけるカルシウムシグナルの生理学的解析に応用していくことが可能になったため。

Strategy for Future Research Activity

初期・後期エンドソーム、リソソーム、ゴルジ体、ER等のマーカーを用いて変異体のオルガネラ異常を解析するとともに、エンドソーム-リソソーム経路における輸送異常を解析する予定である。ミトコンドリアおよび小胞体のカルシウムレベルの調節はアポトーシスの誘導に重要な役割を持つ。そこでvps45変異と細胞死の関連を明らかにする目的でミトコンドリアおよび小胞体のカルシウムイメージングシステムを構築し、細胞死の表現型を詳細に解析していく。これまで分離したサプレッサー変異体の遺伝学的解析を行うとともに、全ゲノム解析による遺伝子変異の同定と分子生物学的解析を進めていく予定である。

Causes of Carryover

疾患遺伝子組み換え動物作成の計画を先行して行ったため、次世代シークエンスデータの取得およびデータ解析の予算について次年度使用額が生じている。変異体の全ゲノム解析およびカルシウムイメージングシステム構築のための予算として翌年度分として請求した助成金と合わせて使用する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Confocal and multiphoton calcium imaging of the enteric nervous system in anesthetized mice (2020)
  • Author(s): Motegi Yuki、Sato Masaaki、Horiguchi Kazuhide、Ohkura Masamichi、Gengyo-Ando Keiko、Ikegaya Yuji、Fusamae Yasuyuki、Hongo Yoshie、Suzuki Minoru、Ogawa Koichi、Takaki Miyako、Nakai Junichi
  • Journal Title: Neuroscience Research Volume: 151 Pages: 53～60
  • DOI: 10.1016/j.neures.2019.02.004
• [Journal Article] UDP-N-acetylglucosamine-dolichyl-phosphate N-acetylglucosaminephosphotransferase is indispensable for oogenesis, oocyte-to-embryo transition, and larval development of the nematode Caenorhabditis elegans (2018)
  • Author(s): Kanaki Nanako、Matsuda Ayako、Dejima Katsufumi、Murata Daisuke、Nomura Kazuko H、Ohkura Takashi、Gengyo-Ando Keiko、Yoshina Sawako、Mitani Shohei、Nomura Kazuya
  • Journal Title: Glycobiology Volume: 29 Pages: 163～178
  • DOI: 10.1093/glycob/cwy104
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Role of tyramine in calcium dynamics of GABAergic neurons and escape behavior in Caenorhabditis elegans (2018)
  • Author(s): Kagawa-Nagamura Yuko、Gengyo-Ando Keiko、Ohkura Masamichi、Nakai Junichi
  • Journal Title: Zoological Letters Volume: 4 Pages: -
  • DOI: 10.1186/s40851-018-0103-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 自由運動下の線虫神経活動の可視化と解析：チラミンによる運動神経の制御 (2018)
  • Author(s): 安藤恵子
  • Organizer: 線虫研究の未来を創る会
• [Presentation] G-CaMP6トランスジェニックマウスを用いたin vivoカルシウムイメージングによる腸管神経系の機能解析 (2018)
  • Author(s): 茂木優貴, 佐藤正晃, 堀口和秀, 大倉正道, 安藤恵子, 池谷裕二, 房前裕順, 本郷良泳, 鈴木稔, 小川公一, 高木都, 中井淳一
  • Organizer: 生理学研究所研究会
• [Presentation] G-CaMP6トランスジェニックマウスを用いた生体カルシウムイメージングによる腸管神経系の機能解析 (2018)
  • Author(s): 茂木優貴, 佐藤正晃, 堀口和秀, 大倉正道, 安藤恵子, 池谷裕二, 房前裕順, 本郷良泳, 鈴木稔, 小川公一, 高木都, 中井淳一
  • Organizer: 筋生理の集い
• [Presentation] G-CaMP6トランスジェニックマウスを用いた生体腸イメージング実験法 (2018)
  • Author(s): 茂木優貴, 佐藤正晃, 堀口和秀, 大倉正道, 安藤恵子, 池谷裕二, 房前裕順, 本郷良泳, 鈴木稔, 小川公一, 高木都, 中井淳一
  • Organizer: 生理学東京談話会
• [Remarks] 埼玉大学脳末梢科学研究センターホームページ
  • URL: http://subsi.saitama-u.ac.jp/index.html