脳内pH低下に伴うNELL－ROBOシグナルの変容と神経細胞機能の統合的理解

研究課題

研究課題/領域番号	24K08712
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分38030:応用生物化学関連
研究機関	名古屋大学
研究代表者	新美友章名古屋大学, 生命農学研究科, 講師 (30377791)
研究分担者	水谷公彦京都大学, 農学研究科, 助教 (40314281)
研究期間 (年度)	2024-04-01 – 2027-03-31
研究課題ステータス	交付 (2024年度)
配分額 *注記	4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円) 2026年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円) 2025年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円) 2024年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード	軸索ガイダンス / シグナル伝達 / 軸索誘導 / 酸性pH
研究開始時の研究の概要	神経軸索誘導分子であるNELL－ROBO複合体のpH依存的な結合について、脳内における生理学的意義を解明するために、pH変化に伴うNELL－ROBO複合体の構造特性解析、および NELL－ROBOシグナルの変容が神経細胞機能に及ぼす影響の解析を行い、これらが脳内pHの低下と精神・神経疾患を関連付ける傍証となり得るのか検証することを試みる。
研究実績の概要	脳内pHの変化は、脳内の遺伝子発現をはじめとする様々な生物学的プロセスに関わっていると考えられ、近年では統合失調症などの精神疾患と関連していることを示唆する研究結果が増えてきているが、脳の酸性度がこれらの疾患に及ぼす影響の詳細はわかっていない。我々は、神経軸索誘導に関わるNELLリガンドとその受容体であるROBOファミリーの結合がpHの低下に伴って増強されることを発見し、このようなpH依存的なリガンド－受容体の相互作用が、脳の酸性化が見られる疾患に少なからず関係していると考え、本研究では、神経軸索誘導分子群のリガンド－受容体複合体のpH依存的な結合特性を解析すること、およびpH変化に伴うシグナルの変容が神経細胞機能に及ぼす影響を解析することを目的とした。昨年度は、おもに神経軸索誘導に関わる分子群を対象に、酸性条件で結合性が変化するリガンド－受容体ペアの探索を行い、SLIT－ROBO系、Semaphorin－Plexin系、Ephrin－Eph系、およびNetrin－DCC/Unc5系のおもな遺伝子の発現ベクターへのクローニング、組換えタンパク質の発現、結合アッセイによるスクリーニングを終え、酸性で結合性が変化する複数のリガンド－受容体ペアを同定した。さらに、これらのリガンド－受容体の複合体形成における結合部位の解析、および酸性条件下で結合性が変化するメカニズムについての解析を進めた。これらの研究成果は、pH依存的なリガンド－受容体の相互作用がNELL－ROBO系だけに留まらず、他の神経軸索誘導分子群に広く存在していることを示しており、pH低下によるネガティブな影響のみならず、pHによるシグナル伝達制御機構が存在することをも示唆している。
現在までの達成度	現在までの達成度 2: おおむね順調に進展している理由当初の目論見通り、酸性条件下で結合性が変化するリガンド－受容体複合体が、神経軸索誘導分子群において、複数発見された。これらの中には、酸性で結合性が低下するものと、酸性で結合性が上昇するものが含まれている。現在、これらのリガンド－受容体の複合体形成における結合部位の解析、および酸性条件下で結合性が変化するメカニズムについての解析を進めており、研究の進捗状況は概ね順調である。
今後の研究の推進方策	神経軸索誘導分子群のリガンド－受容体複合体のpH依存的な結合特性の解析を進める。NELL－ROBO系については、ROBO1、ROBO2、ROBO3のpH依存的な結合特性の比較解析を行う。新たに同定されたリガンド－受容体複合体については、複合体形成における結合部位の解析、および酸性で結合性が変化するメカニズムについて解析を進めているが、当然ながらタンパク質毎に固有のメカニズムが存在していると思われ、結合性が強いものから弱いものまであるため、個別に解析を進める方向とし、興味深い複合体に関しては、結晶構造解析を行うことを検討する。 pH変化に伴う神経軸索誘導分子のシグナル変容が神経細胞機能に及ぼす影響の解析については、まずはpH変化に寛容な培養細胞系を用いて実験系の確立を試みる予定である。