2013 Fiscal Year Research-status Report
ニューロンの性差を生み出すFru蛋白質の標的遺伝子の解析
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25430001
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
伊藤 弘樹 東北大学, 生命科学研究科, 研究支援者 (00425612)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 脳 / ニューロン / 性的二型 / fruitless / robo1 / クロマチン / 求愛行動 / キイロショウジョウバエ |
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| Research Abstract |
ショウジョウバエのBTB-Zinc finger型の転写因子であるFruは蛹の中で成虫の脳が形成される際、オスの脳にのみ発現し、脳のオス特異的神経回路の形成に中心的役割を果たすことが知られている。Fruの標的遺伝子は未だほとんど不明であるが、性的二型を示すニューロンでは神経突起の投射、細胞数に関して明瞭な性差が見られることから、軸索誘導、細胞死、細胞周期を調節する遺伝子等がFruにより発現調節を受ける標的遺伝子の有力な候補と考えられる。
平成２５年度はFru標的遺伝子を同定するため、オス、メス個体の性的二型を示すニューロンについて、人為的に候補遺伝子の発現誘導や発現抑制を行い、神経突起の投射や細胞数が、実験個体本来の性と反対の表現型に変化する遺伝子をスクリーニングした。その結果、以下の事実を明らかにした。1. 軸索誘導因子であるrobo1を発現抑制した場合、メスのmALニューロンの神経突起の分岐がオスタイプに性転換した。さらに、Fruと同じBTB-Zinc finger型の転写因子であるLolaのアイソフォームQ（LolaQ）を強制発現した場合もメスのmALニューロンの神経突起の分岐がオスタイプに性転換した。2. Fruはrobo1プロモーターの標的配列に結合しrobo1発現を抑制し、LolaQもrobo1プロモーター内のFruとは別の配列を介しrobo1発現を抑制した。3. FruとLolaQは蛋白質複合体を形成し、robo1発現の充分な抑制にはFru、LolaQ両者の存在が必要であった。以上の結果から、成虫の脳の形成過程においてmALニューロンのオスタイプの神経突起の分岐の形成には、robo1プロモーターにFru-LolaQ複合体が結合しrobo1発現を抑制することが重要であると考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
平成２５年度は当初の計画に従い、ショウジョウバエ脳の約20種類の性的二型を示すニューロンのうち、その表現型、機能が最も明確に分かっている3種類のニューロン、mAL、mcAL、P1ニューロンについて、軸索誘導、細胞死、細胞周期等を制御する遺伝子の人為的な発現抑制、発現誘導を行い、上記ニューロンの性的二型への影響を調べることによってFru標的遺伝子のスクリーニングを行った。その結果、複数の軸索誘導遺伝子のノックダウンにより、メスのmALニューロンの神経突起の分岐をオスタイプに性転換できること明らかにした。したがって、これら遺伝子はFru標的遺伝子の有力な候補と考えている。
さらに、軸索誘導遺伝子のひとつ、robo1遺伝子については、Fruによる発現調節、および性差形成のメカニズムを明らかにした。すなわち、robo1プロモーターにFru、およびFruと同じBTB-Zinc finger型の転写因子であるLolaQが結合後、Fru-LolaQ複合体を形成しrobo1発現を強く抑制する。その結果、mALニューロンのオスタイプの神経突起の分岐が形成されることを明らかにした。また、昆虫の変態ホルモンであるエクダイソンが体内に分泌されるピークと、mALニューロンにおいて性差が形成されるタイミングが良く一致することを報告した（Ito, H. et al., Fly, 7, 87 (2013))。
以上述べたようにFru標的遺伝子のスクリーニング、およびその発現調節メカニズムの解析は当初の予定より順調に進んでおり、現在までの達成度を(1)の「当初の計画より進展している」とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２５年度のスクリーニングによってFru標的遺伝子の有力な候補と考えられた複数の軸索誘導遺伝子について、Fruが実際にその遺伝子発現を制御しているか明らかにする。さらに、昨年度中にFruが直接プロモーターに結合し遺伝子発現を抑制している事を明らかにしたrobo1に関しては、SELEX (Systematic Evolution of Ligands by EXponential enrichment) 解析、DNaseIフットプリント解析等を用いてその標的配列を同定する。
また、既に私はFruが転写共役因子Bonを介してFru-Bon-HDAC1複合体（HDAC1: 脱アセチル化酵素）、またはFru-Bon-HP1a複合体（HP1a: ヘテロクロマチン化因子）を形成し、前者が標的遺伝子に結合した場合、mALニューロンのオス化が起きること、一方、後者が結合した場合、mALニューロンのオス化が阻害されることを明らかにしている（Ito, H. et al., Cell, 149, 1327 (2012)）。さらに、昆虫の変態ホルモンであるエクダイソン分泌のピークとmALニューロンの性差が形成されるタイミングが一致することも示している（Ito, H. et al., Fly, 7, 87 (2013)）。そこで次年度は、Fru-Bon-HDAC1、Fru-Bon-HP1aの両複合体、およびエクダイソンによってrobo1遺伝子の発現がいかに調節されているか調べるため、蛹の脳の細胞を用いて発生ステージのどのタイミングに両複合体、およびEcR (Ecdysone receptor)がrobo1プロモーターに結合するかを明らかにする。そして、変態のどのタイミングで上記因子によりFru標的遺伝子群のON/OFFが制御され、脳の神経回路の性差が作りだされるのか明らかにする。
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