2014 Fiscal Year Annual Research Report
臓器の構築・維持を支えるシグナルファインチューニング
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25293072
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
石谷 太 九州大学, 生体防御医学研究所, 准教授 (40448428)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | シグナルファインチューニング / 臓器構築 / NLK |
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| Outline of Annual Research Achievements |
臓器の構築や維持は、Wntシグナルなどの細胞運命を制御するシグナル群によって制御される。非常に興味深いことに、臓器の構造や機能の複雑さに対して、臓器の構築・維持を支える細胞運命制御シグナルの種類はわずかである。しかしながら、わずかな数のシグナル群のON/OFFの制御のみで臓器の構築・維持を支えられるとは考えにくい。ON/OFF制御に加え、「シグナル群の活動の局所的で厳密な微調整（シグナルファインチューニング）」が臓器の構築・維持には必須であると考えられる。本研究では、タンパク質リン酸化酵素NLKに特に注目してシグナルファインチューニングの分子基盤とその臓器構築・維持・破綻における機能を明らかにする。これにより、臓器の構築・維持を支える分子基盤の新たな一面を明らかにする。また、NLKの活性制御化合物も同定し、将来的な疾患治療・組織再生医療への貢献を目指す。
本年度は、昨年度より進めていた、NLKノックアウトゼブラフィッシュと、GAL4-UASシステム及び熱ショックにより時期組織特異的にNLKを発現するゼブラフィッシュの作成を完了し、それを用いてNLKの脳神経系及び消化器官における機能解析を進めた。NLKがShhシグナルの転写因子Gli1の保存されたセリン残基をリン酸化してShhシグナルを抑制し、神経前駆細胞の分化を導くことや、NLKが腸においてWntシグナルを正に制御して細胞増殖を正に制御することなどがわかってきており、現在これらについての論文を投稿準備中である。
また、昨年度から行っているNLKの活性制御化合物の探索も行い、約16000化合物の中からin vitroにおいてNLKの活性を特異的に制御する化合物を発見した。
加えて、NLKと、NLKをin vitroでリン酸化する分子であるHipk2の脊椎動物組織構築における関係を調べる過程で、Hipk2がNLKとは独立した経路でWntシグナルを制御することを見いだした（Cell Reports誌において発表）。
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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
当初の予定通り、NLKの機能を改変した（あるいはNLKの機能を自在に改変できる）種々のゼブラフィッシュ系統の作成を完了することが出来た。さらに、これらを用いたNLKの機能解析も進め、神経系や腸におけるNLKの新たな機能が次々と明らかになりつつある。
NLKの活性制御化合物の探索については、当初の期待以上にうまく行っており、in vitroにおいてNLKの活性を特異的に阻害する化合物と促進する化合物の双方が見つかってきている。
また、NLKの活性制御機構を解析する過程で、タンパク質リン酸化酵素Hipk2を介した新たなWntシグナル制御機構を見いだした（Cell Reports誌において発表）。Hipk2をNLKの活性化因子として見なした当初の期待は外れたものの、Wntシグナル活性をファインチューニングする新たな機構を発見することができた。
上記のことから、本研究はおおむね順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
新規に発見したNLKの機能について、当該分野の専門家と積極的に情報交換・共同研究を行い、研究のブラッシュアップを行いと共に、早期に論文発表できるよう全力を尽くして行く。また、発見したNLKの機能とがん・疾患の関係についても、専門家とのディスカッションを通じて詳細な解析を進めて行きたい。
NLKの活性制御化合物については、ここまでで発見した化合物を起点に、「生体内でNLKの活性を制御でき、かつ毒性の少ない、疾患治療に寄与しうるような化合物」を作って行きたい。これにあたっても、有機合成や薬学の専門家との共同研究により、その研究を深化・加速して行きたい。
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| Causes of Carryover |
まず、NLKの機能解析においては、NLKの機能改変動物の作成と表現型解析は、当初の予想よりも安価な試薬を使って進めることができた。また、NLKの活性制御化合物の解析も、すべてin vitroの系でこれまで進めてきたため、比較的少額の費用で研究を進めて来れた。また、既存研究メンバーの期待以上の頑張りにより、技術職員の人件費を少なくすることが出来た（動物の維持系統の増加に伴い、3月のみ派遣の技術職員を雇用した）。このような理由のため、次年度使用額が生じた。（また、後述するように、以降の解析では高額試薬の購入が必要となることが予想されていたので、2014年度は2013年度に引き続き、意識的に徹底した節約を行った。）
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
NLKの機能解析においては、予想以上に興味深い現象を発見できたが故に、多数の新たな生化学試薬の購入が必要となる。また、ゼブラフィッシュに加えて、哺乳類細胞株を用いた解析をこれまで以上に行うため、より多様な試薬の購入が必要となる。加えて、化合物スクリーニングも以降は細胞や動物を用いた実験を行うことになるので、これまで以上の試薬代が必要となる。さらに、最終年度の研究を推進するために、一年を通じて技術職員を雇用必要がある。このような計画最終年度により必要となる試薬代・人件費に繰り越した基金を使用する。
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