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2012 Fiscal Year Annual Research Report

新規Wntシグナル修飾因子LGR4による乳腺上皮細胞運命の決定と極性制御機構解明

Publicly Offered Research

Project AreaRegulation of polarity signaling during morphogenesis, remodeling, and breakdown of epithelial tubular structure
Project/Area Number 24112502
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

西森 克彦  東北大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (10164609)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2014-03-31
KeywordsLGR4 / Wnt / beta-catenin / mammary gland / 乳腺 / 間腔組織 / Rspondins
Outline of Annual Research Achievements

乳腺組織でのLGR4発現パターンを調べ、基底上皮細胞と管腔上皮細胞の乳腺管構造2層性構造のうち、LGR4が基底上皮細胞で発現している事を見出した。致死性を回避し、乳腺発達を観察する為にKeratin5-Cre Tgマウスとfx型LGR4遺伝子欠損マウスを交配し、上皮特異的なLGR4遺伝子欠損Lgr4・K5-KOマウスを作製し、上皮組織特異的Lgr4遺伝子機能の除去時の病態から乳腺組織の発生・分化におけるLGR4の機能を演繹した。
Lgr4・K5-KOマウスは第二次成長期の4週齢以降、wt乳腺の場合と異なり、脂肪組織への乳腺の陥入は損なわれ、管構造の伸長遅延および分岐形成の低下を示した。妊娠時、乳腺胞の発達不全を呈し、授乳能も失われた。これらはLgr4が生後の乳腺発達に機能を有することを示唆する。最近、乳腺基底細胞前駆細胞と乳腺管腔上皮細胞前駆細胞がそれぞれ成獣の乳腺に於いて維持されていることが報告され、我々はこの両前駆細胞の比率をFACS(Fluorescence Activated Cell Sorter)で解析した。その結果、野生型とは異なり、管腔細胞の前駆細胞数だけが、加齢と共に徐々に減じていくことを見出し、LGR4と、此より発生する細胞内シグナルが乳腺組織の発達と維持に必須の役割を持っていることが示唆された。
LGR4欠損での間腔組織異常として、新たに子宮内膜上皮の異常を見いだした。Lgr4・K5-KOマウス子宮内膜は脱落膜化が殆ど起きず、着床も起きず不妊症状となる。解剖学的解析は子宮分泌腺の発達が極めて悪い事を示した。管腔構造の子宮分泌腺は受精卵の着床時、脱落膜化の初発ステップに成長因子のLIF分泌やその他子宮内膜と生殖機能に必要な因子の合成分泌など重要な働きを果たす。本マウスでは分泌腺が発達せず脱落膜化異常を来たし、着床も起こらず、不妊症状を示すと推定される。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

LGRs(leucine-rich repeat containing G-protein coupled receptors)はGPCR型受容体ファミリーと極めて類似した構造を持つ膜受容体である。我々は、LGR4はGPCRではなく、R-spondinと結合することで3量体G蛋白を介さず、Wnt β-cateninシグナルを制御することを見出した。
乳腺は哺乳類に特徴的なミルク分泌器官で樹枝状の管腔構造を持つ上皮性の間腔組織である。マウスにおいては胎児期に発生した乳腺原基から、第二次性徴期のホルモン刺激に依って樹枝状の管腔組織が枝分かれと伸長を繰り返し発達する。
平成24年度の研究において、我々はマウス乳腺組織におけるLGR4の発現部位を特定し、加えてLgr4欠損マウスの乳腺上皮細胞の細胞分画の割合に異常が見られることを明らかにした。FACSを用いた乳腺細胞の分画解析では、Lgr4・K5-KOマウス由来の細胞画分の比率に変化を見出した。この事はLGR4が乳腺細胞の分化に関わるが、異常の見られた細胞画分がLgr4発現細胞のものとは異なる画分であり、Lgr4が細胞非自立的なメカニズムによって乳腺上皮細胞の維持に関わっていることを示唆している。また、Lgr4・K5-KOマウスは第二次成長期にあたる4週齢ー8週齢で乳腺管構造の伸長遅延と枝状構造形成の低下を示した。妊娠時においても乳腺胞の発達不全を呈し、授乳能が失われる。これらはLgr4が生後の乳腺発達に関わる機能を有することを示している。
Lgr4・K5-KOマウスで、申請した研究課題とは異なる間腔組織の子宮での異常を見いだした。Lgr4・K5-KOマウスの子宮内膜では脱落膜化が殆ど起こらず、結果として着床が起きず不妊症状が現れるが、その原因は子宮上皮の分泌腺異常であると推定された。

Strategy for Future Research Activity

本年度の研究を含む、今後の研究方針として、Lgr4遺伝子欠損により、欠損マウスの乳腺上皮細胞の細胞分画結果、Lgr4非発現細胞分画の割合に異常がみられた事に注目し、このメカニズムを詳細に解明することで、乳腺幹細胞から間腔組織である乳腺組織に至る分化の道筋で、LGR4とRspondinsが果たす役割について、更に解析を進める。その為、以下の研究を進める。
①<乳腺上皮細胞のうち、Lgr4発現細胞と非発現細胞での遺伝子発現パターン解析>:Lgr4-EGFP KIマウスを用いてEGFPをマーカーとし、LGR4発現細胞とLGR4否発現細胞をFACSによって分離し、それぞれの細胞画分における遺伝子発現パターンをマイクロアレイによって解析、Lgr4の下流遺伝子の探索を行う。特に細胞の非自立的な分化メカニズムを明らかとするために、分泌性成長因子等の遺伝子に着目し解析を進める。
②<Lgr4K5KOマウスで異常の見られる乳腺上皮細胞の解析>:乳腺細胞のFACS分画のうち、Lgr4K5KOマウスで細胞数等に異常の見られる乳腺上皮細胞画分を分離し、野生型マウスから調製した同種細胞画分と比較しながらその遺伝子発現パターンをマイクロアレイによって解析する。
③<Lgr4とLgr5の類似・独自機能の解析>:Lgr4との二重欠損での両受容体の相対的機能解析を行う為、蘭国H.Clevers博士よりfx型Lgr5KOマウスを導入する。また、管腔形成制御を代表とするLgr4、及びLgr5の機能の相互代替機能、それぞれの独自な役割については、発現場所や時期が異なること以外にはその詳細は一切不明であり、この疑問に答えるため、Lgr4の代わりに時期組織特異的にLgr5を発現する変異マウス作成のために準備に入る。

  • Research Products

    (25 results)

All 2013 2012 Other

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results) Presentation (17 results) (of which Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Functional, anatomical, and neurochemical differentiation of medial preoptic area subregions in relation to maternal behavior in the mouse.2013

    • Author(s)
      Tsuneoka,Y
    • Journal Title

      J Comp Neurol

      Volume: 521 Pages: 1633-1663

    • DOI

      10.1002/cne.23251

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effects of protein transduction with intact myogenic transcription factors tagged with HIV-1 Tat- PTD (T-PTD) on myogenic differentiation of mouse primary cells.2012

    • Author(s)
      Hidema, S.
    • Journal Title

      J Biosci Bioeng

      Volume: 113 Pages: 5-11

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2011.08.025

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Impairment of pachytene spermatogenesis in dmrt7 deficient mice, possibly causing meiotic arrest.2012

    • Author(s)
      Date,S.
    • Journal Title

      Biosci Biotechnol Biochem

      Volume: 76 Pages: 1621-1626

    • DOI

      10.1271/bbb.120024

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Immunological characteristics and response to lipopolysaccharide of mouse lines selectively bred with natural and acquired immunities2012

    • Author(s)
      Narahara,H.
    • Journal Title

      Anim Sci J

      Volume: 83 Pages: 367-374

    • DOI

      10.1111/j.1740-0929.2011.00980.x

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] “LGR4 is required for the cell survival of the peripheral mesenchyme at the embryonic stages of nephrogenesis2012

    • Author(s)
      Mohri,Y.
    • Journal Title

      Biosci Biotechnol Biochem

      Volume: 76 Pages: 888-891

    • DOI

      10.1111/j.1740-0929.2011.00980.x

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Generation of Venus reporter knock-in mice revealed MAGI-2 expression patterns in adult mice.2012

    • Author(s)
      Ihara,K
    • Journal Title

      Gene Expr Patterns

      Volume: 12 Pages: 95-101

    • DOI

      10.1016/j.gep.2012.01.006

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Mice heterozygous for the oxytocin receptor gene (Oxtr(+/-) ) show impaired social behaviour but not increased aggression or cognitive inflexibility: evidence of a selective haploinsufficiency gene effect2012

    • Author(s)
      Sala,M.
    • Journal Title

      Journal of Neuroendocrinology

      Volume: 25 Pages: 107-118

    • DOI

      10.1111/j.1365-2826.2012.02385.x

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 化 扁桃体内側核に発現するオキシトシン受容体は社会的記憶を支えている2013

    • Author(s)
      宮崎 慎至
    • Organizer
      第90回日本生理学会東京
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2013-03-27 – 2013-03-29
  • [Presentation] オキシトシン受容体による母性行動の調節機構2013

    • Author(s)
      大塚 彩乃
    • Organizer
      第90回日本生理学会東京
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2013-03-27 – 2013-03-29
  • [Presentation] Cre依存性Tert transgenic マウスのin vitro機能解析2013

    • Author(s)
      日出間志寿
    • Organizer
      2013年度農芸化学会大会
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2013-03-25 – 2013-03-27
  • [Presentation] The function of LGR4 in mammary gland development and differentiation2013

    • Author(s)
      大山一徳
    • Organizer
      2013年度農芸化学会大会
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2013-03-25 – 2013-03-27
  • [Presentation] Lgr4ノックアウトマウスにおける雌生殖器の雄化2013

    • Author(s)
      小泉 雅江
    • Organizer
      2013年度農芸化学会大会
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2013-03-25 – 2013-03-27
  • [Presentation] Lgr4 is a key regulator of uterine decidual response in mice.2012

    • Author(s)
      曽根 瑞季
    • Organizer
      第35回日本分子生物学会年会
    • Place of Presentation
      福岡
    • Year and Date
      2012-12-10 – 2012-12-14
  • [Presentation] 名 LGR4 is required for the development of mammary gland in mice2012

    • Author(s)
      大山一徳
    • Organizer
      第35回日本分子生物学会年会
    • Place of Presentation
      福岡
    • Year and Date
      2012-12-10 – 2012-12-14
  • [Presentation] 母と子をつなぐホルモン、オキシトシン:マウスをモデルとした行動神経科学的研究2012

    • Author(s)
      西森克彦
    • Organizer
      第9回日本周産期メンタルヘルス研究会学術集会(招待講演)
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2012-11-10 – 2012-11-11
    • Invited
  • [Presentation] Necdin-deficient mice, one of PWS model animal, showed abnormality in thermoregulation and social memory, via impairment of OXT/OXTR system.2012

    • Author(s)
      Maki Sasaki
    • Organizer
      Neuroscience2012, 北米神経科学会
    • Place of Presentation
      ニューオーリンズ,USA
    • Year and Date
      2012-10-13 – 2012-10-18
  • [Presentation] Generating of a new AAV vector system to express a cDNA in a cell-type specific manner, using mutant LoxP elements.2012

    • Author(s)
      Keisuke Sato
    • Organizer
      Neuroscience2012, 北米神経科学会
    • Place of Presentation
      ニューオーリンズ,USA
    • Year and Date
      2012-10-13 – 2012-10-18
  • [Presentation] 不可逆反転型Cre・LoxP システムを用いた細胞種特異的遺伝子活性化系の開発2012

    • Author(s)
      佐藤佳亮
    • Organizer
      第35回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2012-09-18 – 2012-09-21
  • [Presentation] 脳内社会行動関連領域に於けるオキシトシン受容体の機能に関する研究2012

    • Author(s)
      浅山瑛美
    • Organizer
      第35回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2012-09-18 – 2012-09-21
  • [Presentation] Necdinノックアウトマウスは体温調節能と社会識別能に異常を呈する2012

    • Author(s)
      佐々木真紀
    • Organizer
      第35回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2012-09-18 – 2012-09-21
  • [Presentation] LGR4 is required for the development of mammary gland in mice2012

    • Author(s)
      大山一徳
    • Organizer
      第45回日本発生生物学会大会
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      2012-05-28 – 2012-05-31
  • [Presentation] LGR4 plays an important role in female reproductive tract development2012

    • Author(s)
      Koizumi, M
    • Organizer
      第45回日本発生生物学会大会
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      2012-05-28 – 2012-05-31
  • [Presentation] 成獣齢マウスの腎臓におけるLgr4の機能解析2012

    • Author(s)
      霜田貴宏
    • Organizer
      日本生化学会東北支部第78回例会・シンポジウム
    • Place of Presentation
      山形
    • Year and Date
      2012-05-26
  • [Presentation] Lgr4欠損マウスにおける雌生殖器の雄化2012

    • Author(s)
      小泉雅江
    • Organizer
      日本生化学会東北支部第78回例会・シンポジウム
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      2012-05-26
  • [Remarks] 東北大学農学研究科・分子生物学分野

    • URL

      http://www.biochem.tohoku.ac.jp/bunsi/index-j.html

URL: 

Published: 2018-02-02  

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