2018 Fiscal Year Annual Research Report
Molecular mechanisms of species-specific temperature-dependency and compensation of Notch signaling
Publicly Offered Research
| Project Area | Integrative understanding of biological phenomena with temperature as a key theme |
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| Project/Area Number |
18H04701
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| Research Institution | Kyoto Prefectural University of Medicine |
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Principal Investigator |
野村 真 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (10323007)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | Notch / 神経前駆細胞 / エンドサイトーシス / 温度依存性 / 進化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでの研究により、ニワトリ胚大脳の神経前駆細胞におけるNotchシグナルの活性は37度よりも30度で有意に上昇すること、この現象がエンドサイトーシスに依存していることを見出している。当該年度はこの低温におけるNotchシグナルの活性上昇を制御する分子機構をさらに検討した。まず、低温でのNotch活性上昇がNotchリガンドに依存しているかを検討するため、Notchリガンドの１つであるDll1の細胞内ドメインを欠損した変異リガンド (Dll1dC) をニワトリ神経前駆細胞に導入したところ、30度におけるNotchシグナル活性上昇が大幅に抑制された。一方、人工リガンドを認識する合成Notch受容体(SynNotch)をニワトリ神経前駆細胞に導入したところ、この受容体を介したリポーター活性は低温では増強されなかった。また免疫沈降によってユビキチン化されたDll1を検出したところ、低温においてDll1のユビキチン化が亢進されていることが明らかとなった。さらに、37度と30度で培養したニワトリ神経前駆細胞よりRNAを抽出し RNAseq を行った結果、30度で培養した神経前駆細胞においてエンドサイトーシス経路を構成する転写産物のエンリッチメントが確認された。一方、細胞膜の流動性を制御するコレステロールの阻害薬を培地に添加すると、低温におけるNotch活性が大幅に減少した。以上のことから、ニワトリ神経前駆細胞における低温でのNotchシグナル活性上昇は、リガンドであるDll1のエンドサイトーシスに依存しており、ユビキチン化の亢進はその現象を反映していること、また低温でのエンドサイトーシス活性の亢進は細胞膜上におけるリガンドの分布状態の変化に影響を受けている可能性が示唆された。
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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
低温におけNocth シグナル活性がリガンドのエンドサイトーシス系路に依存していることを明らかにすることができたこと、温度依存的なシグナル活性の分子基盤を明らかにすることができたことより、今後の研究の方向性を打ち出すことが可能となったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
一連の研究成果を踏まえ、神経前駆細胞の細胞膜構成成分（脂質、コレステロールなど）の組成が種によってことなり、特に鳥類では低温で細胞膜の物性に顕著な違いが生ずることにより、Dll1リガンドのエンドサイトーシスが亢進している可能性が考えられる。そこで、爬虫類、鳥類や哺乳類の神経前駆細胞の細胞膜を構成する脂質やコレステロールの含有量を質量分析などで検討し、これらのデータが膜の流動性に与える影響を検討することにより、Notch活性の温度依存性を生み出す分子機構を明らかにする。またマウス神経前駆細胞を異なる温度条件で培養した場合の遺伝子発現の変化をRNAseq により検討する。さらに、マウス、スッポン、ニワトリにおいて胚発生の段階で一過的にNotcシグナルを亢進した場合、脳構築や神経細胞の形態にどのような影響が生じるのかを比較検討する。
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