細胞骨格の分子細胞生物学及び分子遺伝学的研究;細胞内物質輸送、情報伝達及び細胞の形作りの機構

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08CE2007
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 廣川 信隆 東京大学, 大学院・医学系研究科, 教授 (20010085)
• 研究分担者: 吉川 雅英 東京大学, 大学院・医学系研究科, 助手 (80272425) ; 佐藤 玲子 東京大学, 大学院・医学系研究科, 講師 (40230718) ; 舟越 毅 東京大学, 大学院・医学系研究科, 助手 (30251226) ; 金井 克光 東京大学, 大学院・医学系研究科, 助教授 (80214427) ; 中田 隆夫 東京大学, 大学院・医学系研究科, 助教授 (50218004)
• キーワード: キネシンスーパーファミリー蛋白、KIFs / 細胞内物質輸送 / 微小管 / ジーンターゲティング / KIF1A / KIFC2 / 脳ダイニン

研究概要

1)微小管をレールとし、物質輸送を行うと予想される新しいキネシンスーパーファミリー遺伝子を17種類(KIF1C,KIF3C,KIF5C,KIF6,KIF7,KIF8,KIF9,KIF10,KIF11,KIF12,KIF13A,KIF14,KIF15,KIF16A,KIF16B,KIF17)発見した。この中には神経系特異、ある組織特異(たとえば腎臓の上皮細胞)と、すべての組織に発見する型があった。現在その一時構造の決定と分子細胞生物学的解析を行っている。
2)C末端モーター領域型KIFC2の解析を行った。KIFC2は792アミノ酸からなるC末モーター領域型のホモダイマーで、その発現は神経系特異で、特に中枢神経系に主に発現され、樹状突起に、多胞体様の新しい膜小器官を送るモーター分子であることが明らかとなった。
3)N末端モーター領域型、順行性、モノマー型モーター分子KIF1Aのgene targetingを行った。
KIF1A遺伝子欠失マウスは生後24時間以内に死亡し、知覚障害と運動障害を示した。中枢神経系でシナプスの密度とシナプス終末内の小胞の密度が60%にまで激減し細胞体に小胞の異常な集積がみとめられた。扁桃体や海馬に神経細胞死をみとめ、培養海馬神経細胞は、培養8日後程から死滅することが分かりKIF1Aがシナプス小胞の前駆体を運び、神経機能および神経細胞の生存維持に重要な働きをしていることが示された。
4)微小管をレールにする逆行性輸送のモーター分子の候補である脳ダイニンのgene targetingを行った。脳ダイニン欠失マウスは、胎生期に死亡するので、その胚幹細胞を培養して解析した。脳ダイニン欠失によりER(小胞体)からゴルジ装置へ輸送が障害され、又ライソゾームの細胞中心部への輸送も障害され、これらの輸送に脳ダイニンが重要であることが判明した。
5)生きた神経細胞軸索内で形質膜蛋白やシナプス小胞蛋白の動態を明らかにするため、Green fluorescent protein(GFP緑色蛍光色素)遺伝子と形質膜蛋白(GAP43)やシナプス小胞蛋白(シナプスファイシン)遺伝子を結合しアデノウイルスに組み込み初代培養神経細胞に発現させその動態を共焦点レーザー蛍光顕微鏡で解析した。その結果初めてこれらの蛋白を含む前駆体膜小器官の軸索内での動態を明らかにすることが出来た。
6)微小管関連蛋白MAP1Bの機能を解析するためMAP1B遺伝子を発現できないマウスをgene targeting法により作製、解析した。その結果このマウスは中枢神経系の発達が遅延し特に軸索のミエリン鞘形成に異常が認められた。
7)シナプス可塑性の前シナプス機構を明らかにする目的で、ラット延髄スライスのシナプス前終末端と後シナプス細胞から顕微鏡直視下にパッチクランプ同時記録を行った。その結果、高頻度刺激シナプス抑制(PTD)が専らカルシウムチャネルの不活性化によることが明らかになった。またGタンパク結合受容体を介するシナプス前抑制がカルシウムチャネルの抑制を介することが明らかになった。

研究成果

• [文献書誌] Saito,N.,et al.: "KIFC2 in a novel neuron-specific C-terminal type kinesin superfamily motor for dendritic transport of multivesicular body-like organelles." Neuron. 18. 425-438 (1997)
• [文献書誌] Takei,Y.,et al.: "Delayed development of nervous system in mice homozygous for disrupted microtubule-associated protein 1B(MAP1B)gene." Journal of Cell Biology. 137. 1615-1626 (1997)
• [文献書誌] Makagawa,T.et al.: "Identification and classification of sixteen new kinesin superfamily(KIF)proteins in mouse genome." Proceedings of the National Academy of Science of the USA. 94. 9654-9659 (1997)
• [文献書誌] Hirokawa,N.et al.: "Slow axonal transport : the subunit transport model." Trends in Cell Biology. 7. 384-388 (1997)
• [文献書誌] Hirokawa,N.: "The mechanisms of fast and slow transport in neurons : identification and characterization of the new kinesin superfamily motors." Current Opinion in Neurobiology. 7. 605-614 (1997)
• [文献書誌] Nagata,K.et al.: "The MAP kinase kinase kinase MLK2 co-localizes with activated JNK along microtubules and associates with kinesin superfamily motor KIF3." The EMBO Journal. 17. 149-158 (1998)
• [文献書誌] Hirokawa,N.: "Kinesin and dynein superfamily proteins and the mechanism of organelle transport." Science. 279. 519-526 (1998)
• [文献書誌] Nakata,T.et al.: "Visualization of the dynamics of synaptic vesicle and plasma membrane proteins in living axons." Journal of Cell Biology. 140. 659-674 (1998)
• [文献書誌] Hirokawa,N.et al.: "Kinesin and dynein superfamily proteins in organelle transport and cell division." Current Opinion in Cell Biology. 10. 60-73 (1998)
• [文献書誌] Harada,A.et al: "Golgi vesiculation and lysosome dispersion in cells lacking cytoplasmic dynein." Journal of Cell Biology. (in press). (1998)
• [文献書誌] Tanaka,Y.et al.: "Targeted disruption of mouse conventional kinesin heavy chain,KIF5B,results in mesoderm degeneration and abnormal perinuclear clustering of mitochondria." Cell. (in press). (1998)
• [文献書誌] Yonekawa,T.et al.: "Targeted disruption of the axonal motor protein KIF1A results in impairment of synaptic vesicle precursor transport,motor and sensory neuronal disturbances and neuronal cell death." Journal of Cell Biology. (in press). (1998)
• [文献書誌] Forsythe,ID.et al.: "Inactivation of presynaptic calcium current contribute to synaptic depression at a fatst central synapse." Neuron. (in press). (1998)
• [文献書誌] Takahashi,T.et al.: "G-protein-coupled modulation of presynaptic calcium currents and transmitter release by a GABAβ receptor." Journal of Neuroscience. (in press). (1998)
• [文献書誌] Wild-Bode,C.et al.: "Intracellular generation and accumulation of amyloid β-peptide terminating at amino acid 42." Journal of Biological Chemistry. 272. 16085-16088 (1997)
• [文献書誌] Shinkai,Y.et al.: "Amyloid β-protein(Aβ)deposition in the leptomenings and cerebral cortex." Annual Review of Neurology. 42. 899-908 (1997)