筋分化過程に必須な小胞体カルシウム枯渇の分子基盤と細胞内情報伝達における役割

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K07398
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 森島 信裕 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 特別嘱託研究員 (40182232)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 骨格筋分化 / 小胞体ストレス / 小胞体カルシウム枯渇 / 細胞周期離脱

Outline of Annual Research Achievements

骨格筋前駆細胞である筋芽細胞の融合過程において小胞体からカルシウムが漏出してカルシウム枯渇が起こることを私たちは以前見出した。本研究は、筋芽細胞株を用い、カルシウム枯渇が引き起こされるメカニズムや小胞体内から細胞質ゾルへ出たカルシウムが起動するシグナル伝達系を調べ、それが筋分化過程において果たす役割を示すことを目指している。これにより、筋分化過程におけるカルシウムシグナル系起動の仕組みや意義を明らかにすることを目的とした。
前年度までにGFP(緑色蛍光タンパク質)を利用した小胞体カルシウムセンサータンパク質STIMの凝集可視化プローブを用いてカルシウム枯渇時期を特定した。さらに、この時期の小胞体ストレス応答タンパク質の挙動を調べ、ストレス応答が起きていることを確認した。また、GFP類縁タンパク質で標識した細胞周期マーカータンパク質（CDT1, geminin）を安定的に発現させた筋芽細胞株を作製して細胞周期の解析を行ない、カルシウム枯渇が終わって約12時間経過した時点までにほぼ全ての細胞がG1期にあることを確認した。すなわち、カルシウム枯渇の時期は細胞周期離脱と最終分化過程（細胞融合）の転換期に当たっていることが分かった。この転換期には細胞増殖促進的な転写因子のいくつかが一過的に激減し、その時期の後に細胞周期抑制タンパク質と筋特異的転写因子がアップレギュレートされることが分かった。また、細胞増殖促進的な因子を強制発現させた筋芽細胞株を作製して分化誘導を行なったところ、筋特異的転写因子の発現が抑制されるとともに、細胞死の誘導や筋細胞形成に必須な細胞融合の不全が見られた。従って、転換期における特定の転写因子が正しく量的な調節を受けることが分化進行にとって重要であることが示唆された。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

世界的な新型コロナウイルス感染拡大の影響で、プラスチック製消耗品の調達や海外企業製品の取り寄せが月単位で遅れ、本研究に必要な試薬、器具が枯渇、不足した。その結果、１週間以上継続して行われる筋芽細胞の分化実験を実施できる時期が限られた。一方、研究の進展により、筋分化過程における多くの転写調節因子、筋特異的転写因子の働きを解析することが重要になり、解析対象となるタンパク質の種類を予定よりも大幅に増やし、そのための試薬入手及び解析に時間がかかった。

Strategy for Future Research Activity

前年度までの解析結果をもとにして特定した小胞体カルシウム枯渇と細胞周期離脱の時期における様々な細胞内タンパク質の挙動を解析し、カルシウム枯渇を含むカルシウム動態の変化による細胞内応答を詳細に調べることを続行する。その解析により、カルシウム枯渇、細胞周期離脱に連動した筋細胞最終分化の調節の仕組みを明らかにする。

Causes of Carryover

新型コロナウイルス感染拡大の影響で研究に必要な試薬、器材の入手が大幅に遅れた一方で、研究の進展により解析対象が大幅に広がった。次年度は、ターゲットとして特定された対象の解析を確実に行い、研究の最終まとめに必要な試薬の購入や研究発表のための支出に助成金を使用する。