触覚受容の分子基盤の解明

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25290008
• Research Institution: National Institute of Genetics
• Principal Investigator: 平田 普三 国立遺伝学研究所, 新分野創造センター, 准教授 (60402450)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 遺伝学 / 神経科学 / 遺伝子 / 脳・神経

Outline of Annual Research Achievements

触覚受容に関わる分子の機能理解を目指し、触刺激応答に異常のあるゼブラフィッシュ変異体の応答をビデオカメラを用いて動画記録し、フレーム解析することで詳細に解析した。触刺激以外の応答として、光に対する応答、音に対する応答、水流に対する応答、マスタードオイルなど刺激物に対する応答も同様に動画記録して、変異体が触刺激に対する応答のみを喪失しているのか、あるいはあらゆる外界刺激に対する応答を喪失しているのかを解析した。また、変異体の責任遺伝子同定を目指し、変異の遺伝的マッピングを行ッた。具体的にはWIKという遠系統のゼブラフィッシュと交配し、次にF1個体同士を交配することでF2世代の変異体を得て、PCRにより変異とリンクする既知のマイクロサテライトマーカー（ゲノム上に218個整備されている）を探索した。１つの変異体の責任領域が第21番染色体上のRNF121領域にマップされることをつきとめ、変異体のRNF121遺伝子をクローニングし、これがRNF121変異体であることを明らかにした。RNF121は膜貫通ドメインを６つとE3ユビキチンリガーゼドメインを１つもつ、小胞体型ユビキチンリガーゼタンパクをコードしていた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

変異体の責任遺伝子として、RNF121を同定できた。この遺伝子は、コードタンパクのアミノ酸配列から小胞体ユビキチンリガーゼと推察されるが、機能は未知であり、なぜこの遺伝子を欠くことで触覚異常が引き起こされるのか、解析が待たれる。本研究から触覚受容の新しい分子基盤の理解が進みそうであり、研究はおおむね順調に進展しているといえる。

Strategy for Future Research Activity

研究から小胞体ユビキチンリガーゼRNF121が触覚受容に必要であることが分かったが、そのメカニズムの解析が待たれる。この分子の解析に注力し、遺伝学、分子生物学、細胞生物学、発生生物学、電気生理学、薬理学を駆使して、この解析に当たることを計画している。

Causes of Carryover

研究の過程で変異体の責任遺伝子として同定した遺伝子が小胞体タンパクであるという予想外の発見があり、その解析結果次第では小胞体でタンパク質が蓄積する小胞体ストレスが触覚受容に大いに関連する可能性が出たので、本研究の目的を効率よく達成するために、小胞体タンパクの解析を急ぐべきだと判断し、研究実施時期の一部変更を行った。

Expenditure Plan for Carryover Budget

本研究の目的を効率よく達成するために、小胞体タンパクの解析を急いで行う計画を立て、これを遂行し、期待通りの結果が得られた。研究は順調に進んでいるといえるが、研究をさらに加速させたい。

Research Products

• [Journal Article] Defective escape behavior in DEAH-box RNA helicase mutants improved by restoring glycine receptor expression. (2013)
  • Author(s): Hirata, H., Ogino, K., Yamada, K., Leacock, S. and Harvey, R. J.
  • Journal Title: J. Neurosci. Volume: 33 Pages: 14638-14644
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1157-13.2013
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Mutations of ZC4H2 are associated with arthrogryposis multiplex congenita and intellectual disability and through impairment of central and peripheral synaptic plasticity. (2013)
  • Author(s): Hirata, H., Nanda, I., van Riesen, A., McMichael, G., Hu, H., Hambrock, M., Papon, M. A., Fischer, U., Marouillat, S., Ding, C., Alirol, S., Bienek, M., Preisler-Adams, S., Grimme, A., Seelow, D., Webster, R., Haan, E., MacLennan, A., Stenzel, W., Yap, T. Y., Gardner, A., Nguyen, L. S., Shaw, M., Lebrun, N. et al.
  • Journal Title: Am. J. Hum. Genet. Volume: 92 Pages: 681-695
  • DOI: 10.1016/j.ajhg.2013.03.021
• [Journal Article] Stac3 is a component of the excitation-contraction coupling machinery and mutated in Native American myopathy. (2013)
  • Author(s): Horstick, E. J., Linsley, J. W., Dowling, J. J., Hauser, M. A., McDonald, K. K., Ashley-Koch, A., Saint-Amant, L., Satish, A., Cui, W. W., Zhou, W., Sprague, S. M., Stamm, D. S., Powell, C. M., Speer, M. C., Franzini-Armstrong, C., Hirata, H. and Kuwada, J. Y.
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 4 Pages: 1952
  • DOI: 10.1038/ncomms2952
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Glycinergic transmission and postsynaptic activation of CaMKII are required for glycine receptor clustering in vivo. (2013)
  • Author(s): Yamanaka, I., Miki, M., Asakawa, K., Kawakami, K., Oda, Y. and Hirata, H.
  • Journal Title: Genes Cells Volume: 18 Pages: 211-224
  • DOI: 10.1111/gtc.12032
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Transgenic tools to characterize neural properties of discrete populations of zebrafish neurons. (2013)
  • Author(s): Satou, C., Kimura, Y., Hirata, H., Suster, M. L., Kawakami, K. and Higashijima, S. I.
  • Journal Title: Development Volume: 140 Pages: 3927-3931
  • DOI: 10.1242/dev.099531
• [Presentation] ゼブラフィッシュの動きにおけるグリシン作動性シナプスの重要性 (2014)
  • Author(s): 平田普三
  • Organizer: 第20回関西小型魚類研究会定例会
  • Place of Presentation: 理化学研究所・生命システム研究センター大会議室（大坂）
  • Year and Date: 2014-01-24 – 2014-01-24
  • Invited
• [Presentation] Formation of glycinergic synapse in zebrafish. (2014)
  • Author(s): Hirata, H.
  • Organizer: The 6th Asia Oceania Zebrafish Meeting.
  • Place of Presentation: Hong Kong University of Science and Technology（香港）
  • Year and Date: 2014-01-21 – 2014-01-21
  • Invited
• [Presentation] グリシン作動性シナプス可塑性の動作原理と生理的意義 (2013)
  • Author(s): 平田普三
  • Organizer: 国立遺伝学研究所研究会「哺乳類脳の機能的神経回路の構築メカニズム」
  • Place of Presentation: 国立遺伝学研究所講堂（三島）
  • Year and Date: 2013-12-20 – 2013-12-20
  • Invited
• [Presentation] DEAH-box RNA helicase Dhx37 plays an essential role in the biogenesis of GlyRa subunit mRNAs and is indispensable for normal escape behavior. (2013)
  • Author(s): Hirata, H., Ogino, K., Yamada, K., Leacock, S. and Harvey, R. J.
  • Organizer: The 8th European Zebrafish Meeting.
  • Place of Presentation: Palau de Congressos de Catalunya（バルセロナ）
  • Year and Date: 2013-07-12 – 2013-07-12
• [Presentation] 発生期のグリシン作動性シナプスの活動依存的形成とその機能 (2013)
  • Author(s): 平田普三
  • Organizer: 熊本シンポジウム 2013
  • Place of Presentation: 熊本大学発生医学研究所（熊本）
  • Year and Date: 2013-06-25 – 2013-06-25
  • Invited