2022 Fiscal Year Annual Research Report
ショウジョウバエの温度応答と適応を決定づける脂質の同定
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21H02531
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Center for Novel Science Initatives, National Institutes of Natural Sciences |
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Principal Investigator |
曽我部 隆彰 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 准教授 (70419894)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長尾 耕治郎 京都薬科大学, 薬学部, 准教授 (40587325)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 温度走性 / 脂質 / 種間比較 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではショウジョウバエの温度受容と温度走性、さらに機械刺激受容と応答の制御に関わる脂質関連遺伝子について、まずキイロショウジョウバエ（D.mel）で機能的関与を明らかにし、同時にD.mel近縁種間での温度選好性の違いを脂質異存的なメカニズムの違いで説明しようとするものである。
１．ショウジョウバエ変異体を用いた温度走性解析から同定したいくつかの脂質代謝遺伝子のうち、最も変異体の表現型が顕著だったアシルグリセロールアシル転移酵素AGAT（3種中の2種）と、それに関連したイオンチャネルTRPA1-CDとIonotropic receptorについて低温への集積について詳細な解析を進めた。また、キイロショウジョウバエ近縁種3種(D.mel、D.sim、D.moj)の温度走性と脂質組成、さらに温度受容に関わる遺伝子発現について解析するための準備としてゲノム配列の解析を進めた。
２．感覚神経に発現量の多い脂質関連遺伝子の候補のうち、エーテル脂質の合成に関わる遺伝子AGPSについて詳細な解析を進めた。エーテル脂質を持たないS2細胞に合成能を与えた細胞株を樹立し、TRPA1やPiezoイオンチャネルの活性に対する脂質の影響を電気生理学的手法やCaイメージングで評価した。
以上の結果から、感覚機能が膜受容体そのものの機能に加えて、膜脂質によっても制御されていることが示され、新たな感覚機能の制御メカニズムの理解が進んだ。上記の成果の一部について、2023年3月に京都で開催された第100回日本生理学会大会などにて発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
1. AGAT1～3のうち、低温集積を示すAGAT2と3変異体について温度2択アッセイを立ち上げ、コントロールが好む24℃に対して高いあるいは低い温度の組み合わせで評価したところ、AGAT2種の変異体は16－22℃の温度域に集積した。この表現型は野生型ゲノムのレスキューで回復した。Ir25aやIr21aを発現する頭部の低温受容神経でノックダウンしても低温への集積が見られ、野生型遺伝子やヒトのオルソログの特異的レスキューで表現型が回復した。低温受容神経においてGCaMPレポーターを使ったCaイメージングを実施し、低温刺激によるCa上昇の観察に成功し、変異体では応答が低下することを明らかにした。この応答性低下の原因の一つとしてIr25aやIr21aの発現量低下が関わっている可能性を見出した。
また、近縁種3種(D.mel、D.sim、D.moj)の温度走性を評価し、全身の脂質組成について解析を始めた。しかしD.mojの飼育に想定以上に苦労し実験に必要な数を確保できなかったため、計画の一部を遅らせて飼育条件の検討を行って一定の改善を達成した。また、今後の発現解析に向けて定量PCRのための各遺伝子の配列解析を進めた。
2. エーテル脂質合成遺伝子を感覚神経でノックダウンしたところ、温度選好性のシフトや機械刺激応答に差が見られた。また、S2細胞にエーテル脂質合成能を与えた安定発現株あるいは前駆体を培養液に添加する系を樹立し、両者でエーテル脂質の合成が見られることを確認した。この細胞にTRPA1を発現させてパッチクランプ法で解析したところ、エーテル脂質の存在下で応答温度の変化を見出した。これは変異個体の温度応答の異常と一致する結果であった。さらに、Piezoチャネルを発現させて機械刺激応答を測定する系をパッチクランプ法で構築した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに得られた温度走性異常を示す脂質代謝遺伝子のうち、引き続きAGAT2、AGAT3、エーテル脂質の合成酵素AGPSに注力して解析を進める。AGATについては、低温応答のレスキュー実験や、低温受容体の発現低下をもたらすメカニズムについて解析を進める。同時に、相互に活性調節することが知られている高温受容神経の応答性についても、AGAT変異体で解析する。AGPS遺伝子については、機械刺激応答チャネルの電気生理学的解析を進める。また、D.mel近縁種については、遅れているD.mojの温度走性に関する基礎データ収集を行い、全身および中枢神経サンプルの膜脂質組成についても解析を再開する。特に脂肪酸の不飽和度やエーテル脂質の量について比較を行う。同時に、温度応答に関わる各種遺伝子（TRPチャネル、ロドプシン、リパーゼ、AGAT、エーテル脂質合成酵素）について、定量PCRを用いた発現解析を進める。温度応答、脂質組成、および関連遺伝子の発現の相関から、種間で異なる温度走性のメカニズムの解析を進める。
D.melにおけるAGATおよびAGPS遺伝子の機能的役割については、データがまとまり次第論文執筆を開始する。これら以外で同定した遺伝子群（FAAHとWtrw、inaE、ABHD12、50種以上の高発現遺伝子）についても、順次解析を始める。
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