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脳は虚血状態に非常に弱いことから、低酸素状態を素早く感知し虚血状態を打破するための応答が必要である。しかし、生体内における酸素分圧感知・応答は、頸動脈小体を中心に進められてきており、脳内における局所的な酸素分圧の感知・応答機構はまだ分かっていない。本研究では、酸素センサーとして酸素感受性TRPチャネルを中心に、アストロサイトにおける低酸素応答機構の解明を目指す。今年度は、酸素センサーであるTRPA1がミトコンドリア制御タンパク質との機能的連関により、酸素濃度依存的にミトコンドリアの活性を調節する仮説を検証した。TRPA1が豊富に発現している後根神経節(DRG)を用いて、内在性のTRPA1がミトコンドリアへの局在を検討した。マウスよりDRGを急性単離し、TRPA1抗体を用いて免疫染色を行うと、ミトコンドリアにTRPA1由来のシグナルを確認することが出来た。次に、ミトコンドリア局在型Ca2+インジケーターやミトコンドリア膜電位測定色素JC-1を用いることにより、TRPA1はミトコンドリア呼吸鎖構成タンパク質と複合体を形成することで、ミトコンドリア内へのCa2+取り込み・放出経路として機能していることが明らかとなった。さらに、ミトコンドリア局在型のROSセンサーを用いることにより、TRPA1はミトコンドリア内のROS産生に関係することが示唆された。最後に、TRPA1による代謝制御を調べるために、ピルビン酸脱水素酵素(PDH)のリン酸化を評価したところ、TRPA1チャネルを介したCa2+流入がPDHの活性を制御することが示唆された。以上より、TRPA1がミトコンドリア局在タンパク質と相互作用することで、ミトコンドリアのCa2+取り込み・放出を担う分子として働き、ROS産生やエネルギー代謝変換などミトコンドリアを機能的に制御する可能性が明らかとなった。
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