| 研究課題/領域番号 |
19H03264
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
廣田 順二 東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (60405339)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 嗅覚 / 嗅覚受容体 / 嗅神経細胞 / 神経細胞分化 / 転写因子 |
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| 研究実績の概要 |
嗅覚受容体は大きく２つのクラス、「魚類から哺乳類に共通した」Class Iと「陸生動物特異的な」Class IIに分類される。嗅神経細胞は、その分化過程においてどちらかのクラスの受容体を発現するように運命づけられる。最近、我々はこの嗅神経細胞の二者択一的運命決定の制御因子として転写因子Bcl11bを同定した。本研究課題では、Bcl11bによる嗅覚受容体クラス選択の制御機構の全容を明らかにすることを目的としている。これまでに、嗅神経細胞の運命選択がそれぞれの嗅覚受容体のエンハンサーレベルで制御されていること、さらにBcl11bがClass I 嗅覚受容体のエンハンサー、Jエレメントに抑制的に働くことを明らかにした。
2020年度、Jエレメントのエンハンサー活性に必要最小領域を同定するとともに、エンハンサー活性に必須なモチーフ配列を同定した。しかしながら、これらの領域にはChIP-seq法によって同定したBcl11b結合部位は含まれていなかったことから、Bcl11bは直接Jエレメントに結合して抑制的に働くのではなく、間接的にエンハンサー活性に作用することがわかった。
嗅神経細胞の運命選択の破綻によって発現する受容体のクラスに偏りが生じることで、生得的忌避物質に対する嗅覚行動が大きく影響された。この変異マウス高次脳における嗅覚情報処理経路の解析を進めた結果、Bcl11b遺伝子の欠損によって、嗅上皮腹側で異所的にClass I嗅覚受容体を発現した嗅神経細胞は、嗅球腹側から前嗅核腹側領域を活性化していたことから、少なくとも、嗅神経細胞から嗅球、前嗅核までは、嗅神経回路は発現する嗅覚受容体の種類ではなく、嗅神経細胞の嗅上皮上の場所によって決まるのではないかと考えられた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
計画１「Bcl11bによる嗅覚受容体クラス選択の分子機構の解明」では、Class I嗅覚受容体のエンハンサーであるJエレメントの機能領域を320bpまで絞り込みに成功するとともに、必須モチーフ配列を明らかにした。昨年度、ChIP-seq法によってBcl11bが嗅神経細胞内で結合するゲノム領域を網羅的に同定したが、結合領域とは一致しなかったことから、Bcl11bは間接的にJエレメントのエンハンサー活性を抑制していることが示唆された。
計画２「嗅覚受容体クラス選択が嗅覚行動に及ぼす影響の解明」では、マウスの先天的忌避臭である2-メチル酪酸（2MBA、腐敗臭）に対して、Class I 嗅覚受容体が優位となった鼻をもつ変異マウス（Bcl11b cKO）は2MBAにより強い忌避行動を示した。この結果を受け、計画３「嗅覚受容体クラス選択と嗅覚高次中枢の神経回路形成の神経基盤の解明」の解析を進め、嗅覚行動の異常が見られるときに特異的に活性される神経回路の同定をおこなった。
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| 今後の研究の推進方策 |
計画１「Bcl11bによる嗅覚受容体クラス選択の分子機構の解明」では、Class I嗅覚受容体のエンハンサー、Jエレメントの活性化・不活性化のがまさに嗅神経細胞の二者択一的運命選択を制御していること、さらにはBcl11bが直接的にJエレメントの結合してエンハンサー活性を抑制しないことが明らかとなった。今後、エピジェネティックな修飾やヘテロクロマチン化などによるJエレメントの不活性化の機構を想定した解析を進める。
計画２、３「嗅覚受容体クラス選択と嗅覚高次中枢の神経回路形成の神経基盤の解明」では、嗅神経細胞の運命選択（クラス選択）の異常、つまり末梢から中枢への感覚入力の変化がが、高次嗅覚神経回路形成に影響を及ぼすかを明らかにし、発現するORに応じて嗅神経回路を形成する「soft-wired」によるものなのか、もしくはOR種類とは無関係なく、嗅神経細胞の位置によって嗅神経回路があらかじめ決まっている「hard-wired」によるものなのかを明らかにする。具体的には、クラス選択に異常が生じたマウスの嗅神経系の活性化パターンの解析に加え、軸索トレーサーによる神経回路の可視化をおこなう。
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