哺乳動物の神経分化を制御する細胞内分子機構

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10220205
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 影山 龍一郎 京都大学, ウイルス研究所, 教授 (80224369)
• キーワード: bHLH因子 / Hes1 / オシレーション / 神経幹細胞 / 生物時計 / 2時間周期 / ネガティブフィードバック

研究概要

bHLH型転写因子Hes1は神経分化を抑制し、神経幹細胞の維持に重要な役割を担う。Hes1の発現様式を詳細に解析したところ、mRNAおよび蛋白ともに発現レベルは一定ではなく、2時間周期で絶えず増減を繰り返すことがわかった。このHes1の2時間周期の発現変動(オシレーション)はいろいろな種類の細胞でみられ、普遍的なものであった。半減期をしらべたところ、Hes1 mRNAおよび蛋白ともに約20分ときわめて短く、これによって2時間周期のオシレーションが可能になると考えられた。Hes1蛋白量を強制的に増やすとHes1 mRNA量は減少したままになり、Hes1蛋白を無くすとHes1 mRNA量は増加したままになった。したがって、Hes1は自分自身の発現量を抑制するネガティブフィードバックをすることがわかった。これらの結果から、Hes1オシレーションは以下のメカニズムでおこると考えられた。すなわち、Hes1 mRNAが増えるとHes1蛋白も増えるが、Hes1蛋白はネガティブフィードバックによりmRNA合成を阻害する。Hes1 mRNA合成が止まるとmRNAおよび蛋白ともに半減期がきわめて短いため、すぐに無くなる。Hes1蛋白が無くなるとネガティブフィードバックが解除され、新たなHes1 mRNA合成がおこる。このようにHes1オシレーションは自律的におこると考えられた。このことから、Hes1は2時間を刻む生物時計として機能することが示された。神経幹細胞は増殖しながら神経分化をするが、次の細胞周期に入る前のチェックポイントにおいて、Hes1の発現量が少ないときは神経分化がおこるが、Hes1の発現量が多いときは増殖を続けるというモデルが考えられた。

研究成果

• [文献書誌] Inoue, T., et al.: "Math3 and NeuroD regulate amacrine cell fate specification in the retina"Development. 129. 831-842 (2002)
• [文献書誌] Akiba, T., et al.: "Expression and regulation of the gene for arginase I in mouse salivary glands : requirement of CCAAT/enhancer-binding protein α for the expression in the parotid gland"J. Biochem.. 132. 621-627 (2002)
• [文献書誌] Hirata, H., et al.: "Oscillatory expression of the bHLH factor Hes1 regulated by a negative feedback loop"Science. 298. 840-843 (2002)
• [文献書誌] Hatakeyama, J., et al.: "Retrovirus-mediated gene transfer to retinal explants"Methods. 28. 387-395 (2002)
• [文献書誌] Kunisato, A., et al.: "HES-1 preserves purified hematopoietic stem cells ex vivo and accumulates side population cells in vivo"Blood. 101. 1777-1783 (2003)
• [文献書誌] Kayahara, T., et al.: "Candidate markers for stem and early progenitor cells, Musashi-1 and Hes1, are expressed in crypt base columnar cells of mouse small intestine"FEBS Letter. 535. 131-135 (2003)