2023 Fiscal Year Annual Research Report

発育時期に特異的なPI3K-Aktシグナルを制御する分子機構の解析

Research Project

Project/Area Number	21H02495
Allocation Type	Single-year Grants
Research Institution	Gunma University
Principal Investigator	西村隆史群馬大学, 生体調節研究所, 教授 (90568099)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2025-03-31
Keywords	インスリン / PI3K-Aktシグナル / ショウジョウバエ / 性成熟
Outline of Annual Research Achievements	2023年度は、筋肉組織で発現するEgfリガンドの発現レベルを、成長期と成熟期で比較検討した。その結果、Egfリガンドの発現レベルに時期特異性は観察されなかった。よって、分泌を制御する上流シグナルに時期特異性がある可能性が示唆された。また、成長期と成熟期でPI3K-Aktシグナルを制御する上流シグナルが変遷する仕組みを明らかにすることを目的として、ステロイドホルモンの作用で発現誘導されるインスリンの関与を検討した。その結果、脂肪体で発現上昇するインスリンの一つであるdilp6を欠損する変異体では、PI3K-Aktシグナルが低下し、成熟期における脂肪体グリコーゲン量が減少することが明らかになった。しかしながら、その影響は部分的であったため、dilp6以外の複数のインスリンが、成熟期脂肪体のPI3K-Aktシグナルを制御している可能性が示唆された。本研究を進める過程で、偶然、脂肪体において細胞死が誘導される変異体を取得した。興味深いことに、細胞死の表現型は、幼虫初期の成長期では観察されないものの、成熟期に入ると顕在化する時期特異性があった。そこで、細胞死を誘導する責任遺伝子を遺伝学的に調べたところ、新規ポリペプチドのN末に結合するNacを同定した。Nac複合体を欠損すると、細胞内の蛋白恒常性が破綻し、小胞体ストレスが上昇し、細胞死が誘導されることを明らかにした。細胞死は、成熟期に入ると誘導されることから、ステロイドホルモンの影響を検討した。しかしながら、予想に反してステロイドホルモンによる細胞死誘導の効果は観察されなかった。これらの研究結果を論文にまとめて、誌上発表した（Yamada et al, Nat Commun, 2023）。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当初は予期していなかった興味深い表現型に着目し、Nac遺伝子の部分機能欠損変異体を新たに取得した。古くから、幼虫期の脂肪体は様々なストレスに対して抵抗性があり、細胞死が起きないことが知られている。単離したNac変異体の表現型解析を詳細に行い、成熟期への進行に伴う脂肪体の細胞特性変化の一旦を明らかにした。特に、成熟期への進行に伴う分泌蛋白質の発現能の上昇と蛋白恒常性の低下が、細胞死誘導に関わる可能性が示唆された。この結果は、発育時期に特異的な機構で、脂肪体のPI3K-Aktシグナルを制御することの生理的な意義の解明につながる重要な知見であると考える。
Strategy for Future Research Activity	これまでの研究結果から、成長期の脂肪体PI3K-Aktシグナル伝達経路を制御するEgf受容体のリガンドは、筋肉組織に由来していると考えられた。そこで、筋肉組織におけるEgfリガンドの分泌制御機構を明らかにする。具体的には、Egfリガンドのプロセシングに関わる因子の発現と役割を調べると共に、インスリン受容体の下流で機能する転写因子FoxOの関与を検討する。また、新規に同定したNac変異体を用いて、成長期から成熟期への進行に伴う、脂肪体の細胞特性変化をさらに追求する。特に、脂肪体で高発現している細胞外基質のコラーゲンに着目し、発現および分泌レベルの変化を経時的に調べる。また、脂肪体の細胞死に及ぼすPI3K-Aktシグナルの関与を検討すると共に、コラーゲンの分泌能に及ぼすインスリンシグナルの役割と栄養依存性を明らかにする。本研究を通して、発育時期に特異的な機構で脂肪体のPI3K-Aktシグナルを遠隔的に制御することの生理的な意義を明らかにする。