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2019 年度 実施状況報告書

細胞表面に突き出たアンテナ「一次繊毛」が制御する新たな摂食・情動機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 19K06739
研究機関広島大学

研究代表者

斎藤 祐見子  広島大学, 統合生命科学研究科(総), 教授 (00215568)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワードGタンパク質共役型受容体 / 一次繊毛 / 摂食 / 情動 / シグナル解析 / 海馬 / ヒトiPS
研究実績の概要

哺乳類のほぼすべての細胞は「一次繊毛」と呼ばれる不動の繊毛を1本持つ。これは基底小体から生じる微小管を骨格に持つ特異な細胞内小器官である。一次繊毛膜には限られた種類の膜受容体が高密度に局在する。そのため、一次繊毛は細胞外環境を鋭敏にキャッチし、細胞内に情報を伝えるシグナルハブと考えられている。摂食亢進ペプチドであるメラニン凝集ホルモン(MCH)の受容体MCHR1はGPCRであり、海馬や線条体などの神経細胞一次繊毛に集積することが示されている。申請者は、繊毛にMCHR1を発現させたモデル細胞(RPE1細胞、NIH3T3細胞)を用いることで、MCHは繊毛長短縮を起こすという新しい現象を見出した。さらにGi/o-Aktが縮退開始シグナルであることも明らかにした。本研究では、神経細胞の一次繊毛局在型GPCRによる情報伝達機構とその生理的意義を解明するため、細胞レベルと個体レベルでの解析を並行して行う。本年度は繊毛長縮退を引き起こす責任分子を同定するとともに、vivoにおける繊毛局在型MCHR1の動態解析、さらに他の繊毛局在型GPCRについての予備的研究も行った。主な成果は以下の3点である:① RNAseqと改良型CRISPR/Cas9による高効率なゲノム編集を併用してMCHによる繊毛縮退に関する責任分子を同定した。② MCH-MCHR1を介する繊毛縮退現象は高発現系のモデル細胞に限った現象ではない。MCHR1が内在性に発現する3つのシステム(ヒトiPS由来興奮性神経細胞、ラット海馬スライスCA1領域の神経細胞、分散型ラット海馬神経細胞)においても生じ、ラット神経細胞についてはRPE1細胞同様、Gi/o-Aktが関与する。③ マウスに対し、絶食負荷やストレス負荷を行ったところ、特定の脳領域におけるMCHR1陽性一次繊毛の動態が有意に変化する結果を得た。

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

MCHR1を一次繊毛に高発現させたモデル細胞だけではなく、神経科学の研究推進に必須の神経細胞培養系(一次繊毛にMCHR1が内在性に集積)を複数確立した。さらに、生理機能の変動に伴いvivo神経細胞一次繊毛の動態が大きく変動することも見出した。このほかにも今後の研究に貢献する独自の実験系を立ち上げつつある。 [1] 一次繊毛縮退に伴う微細構造変化:一次繊毛は一細胞に一本しかないため、電顕下において探しだすことが非常に難しい。しかし、電顕専門家の協力のもと、MCH添加による繊毛縮退時の様子を透過型電顕にて観察しつつある。[2] 一次繊毛縮退による細胞構成分子の生化学的変化:リン脂質変動(プロファイリング)という観点から質量分析の専門家との共同研究が進行中である。[3] 一次繊毛と神経変性疾患の病態モデル:アルツハイマーモデルマウスの海馬神経細胞一次繊毛に着目した検討を行っている。
[成果のアウトプット] ヒトiPS由来興奮性神経細胞を用いた成果を基とした特許出願及び国内優先出願を行い、原著論文も発表した。海馬神経細胞の繊毛局在型MCHR1の繊毛縮退能(vitro, vivo)についての論文(英文校正済)はまもなく(5月中旬)投稿する。この後、MCHによる繊毛長縮退の責任分子に関する論文を執筆し、夏には投稿を予定している。

今後の研究の推進方策

「局在位置選択的なMCHR1シグナル」として、海馬神経細胞に局在するMCH-MCHR1システムを見出した。上述した[一次繊毛縮退に伴う微細構造変化] [一次繊毛縮退による細胞構成分子の生化学的変化] [一次繊毛と神経変性疾患の病態モデル]研究をさらに発展させつつ、合わせて下記の課題も推進したい。① 繊毛短縮は神経細胞の形態や機能に影響を及ぼすか、その変化は一次繊毛短縮が直接の原因かどうかを経時的に調べる。一次繊毛からの細胞形態変化を仲介する分子については、細胞骨格修飾剤やグルタミン酸受容体のサブタイプ特異的拮抗薬を用いた解析を行う。神経マーカーとして、ニューロフィラメント、MAP2、GAP43、シナプシン、GluR1やPSD95など定評あるものを用いる。② 慢性ストレス負荷により繊毛保有率、繊毛長、発現箇所に着目した詳しい解析を続行する。ストレスから解除後のリカバリーについても検討する。③ MCHR1以外にも中枢神経一次繊毛に局在すると報告されているGPCRを3種類選び、モデル細胞を立ち上げた。この中には、リガンド添加により繊毛動態が顕著に検出できる系もあるため、生化学、薬理学、細胞生物学、分子生物学的解析による変動機構を明らかにする。

次年度使用額が生じた理由

2020年度に実施予定の実験費用を概算したところ、配分額をかなり超えることが予測された。そのため、次年度使用分として 701,590 円を2020年度交付額との合算使用としたい。
使用計画:各種抗体、分子生物学キット類、実験動物、英文校正費用

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 1件) 備考 (3件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] University of California, Irvine/Yale University(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      University of California, Irvine/Yale University
  • [雑誌論文] Cdk5-p35 promotes proteasomal degradation of 5-HT1A receptor by phosphorylation2019

    • 著者名/発表者名
      Takahashi M, Kobayashi Y, Ando K, Saito Y, Hisanaga S-I.
    • 雑誌名

      Biophys Biochem Res Commun

      巻: 510 ページ: 370-375

    • DOI

      /10.1016/j.bbrc.2019.01.093

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Characterization of functional primary cilia in human induced pluripotent stem cell-derived neurons2019

    • 著者名/発表者名
      Miki D, Kobayashi Y, Okada T, Miyamoto T, Takei N, Sekino Y, Koganezawa N, Shirao T, Saito Y
    • 雑誌名

      Neurochemical Research.

      巻: 44 ページ: 1736-1744

    • DOI

      10.1007/s11064-019-02806-4.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamic changes in ultrastructure of the primary cilium in migrating neuroblasts in the postnatal brain2019

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto M, Sawada M, Garcia-Gonzalez D, Herranz-Perez V, Ogino T, Huy Bang Nguyen, Truc Quynh Thai, Narita K, Kumamoto N, Ugawa S, Saito Y, Takeda S, Kaneko N, Khodosevich K, Monyer H, Garcia-Verdugo JM, Ohno N, Sawamoto K
    • 雑誌名

      J Neuroscience

      巻: 39 ページ: 9967-9988

    • DOI

      10.1523/JNEUROSCI.1503-19.2019

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Insufficiency of ciliary cholesterol in hereditary Zellweger syndrome2019

    • 著者名/発表者名
      Miyamoto T, Hosoba K, Itabashi T, Iwane AH, Akutsu SN, Ochiai H, Saito Y, Yamamoto T, Matsuura S
    • 雑誌名

      EMBO Journal

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.15252/embj.2019103499

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 一次繊毛局在型GPCR-細胞センサーとしての分子基盤を探る2019

    • 著者名/発表者名
      斎藤祐見子 濱本明恵 小林勇喜
    • 雑誌名

      日本薬理学雑誌

      巻: 154 ページ: 179-185

    • DOI

      10.1254/fpj.154.197

    • 査読あり
  • [学会発表] 新規疾患モデルマウスにおける一次繊毛とアルツハイマー病の関連解析2019

    • 著者名/発表者名
      河渕省吾 三木大輔 斉藤貴志 西道隆臣 小林勇喜 斎藤祐見子
    • 学会等名
      生物系三学会中国四国支部会
  • [学会発表] Transcriptome profiling of the ciliary GPCR-mediated cilia length regulation2019

    • 著者名/発表者名
      Yumiko Saito, Sakura Tomoshige, Tatsuo Miyamoto, Yuki Kobayashi
    • 学会等名
      Neuro2019
  • [学会発表] Effects of energy balance on neuronal ciliary GPCR, melanin-concentrating hormone receptor 12019

    • 著者名/発表者名
      Yuki Kobayashi, Tomoya Okada,Daisuke Miki,Shogo Kohbuchi,Yumiko Saito
    • 学会等名
      Neuro2019
  • [学会発表] Analysis of the dynamics of primary cilia in App knock-in mouse models2019

    • 著者名/発表者名
      Shogo Kohbuchi, Takashi Saito, Takaomi C Saido, Yuki Kobayashi, Yumiko Saito
    • 学会等名
      Neuro2019
  • [学会発表] 特異な細胞小器官「1次繊毛」とアルツハイマー病の関連-次世代型疾患モデルマウスを用いた研究-2019

    • 著者名/発表者名
      河渕省吾 小林勇喜 西道隆臣 斉藤貴志 斎藤祐見子
    • 学会等名
      日本動物学会
  • [学会発表] Neuronal cilia length regulation via feeding-related ciliary GPCR, melanin-concentrating hormone receptor 12019

    • 著者名/発表者名
      三木大輔 小林勇喜 河渕省吾 宮本達雄 小金澤紀子 武井延之 関野祐子 白尾智明 斎藤祐見子
    • 学会等名
      日本生化学会
  • [学会発表] Identification of the key molecules involved in GPCR-mediated primary cilium shortening2019

    • 著者名/発表者名
      Y. KOBAYASHI, S. TOMOSHIGE, D. MIKI, T. MIYAMOTO, Y. SAITO
    • 学会等名
      Society for Neuroscience
    • 国際学会
  • [学会発表] 齧歯類の脳におけるメラニン凝集ホルモン受容体1(MCHR1)陽性一次繊毛長とエネルギー代謝の関連2019

    • 著者名/発表者名
      小林勇喜 岡田智哉 三木大輔 河渕省吾 水野愛香 斎藤祐見子
    • 学会等名
      日本比較内分泌学会
  • [学会発表] 繊毛局在型Gタンパク質共役型受容体の解析2019

    • 著者名/発表者名
      小林勇喜 西村宣哉 武田茉朋 斎藤祐見子
    • 学会等名
      日本動物学会
  • [備考] 斎藤祐見子研究室

    • URL

      https://home.hiroshima-u.ac.jp/yumist/

  • [備考] 広島大学研究者総覧

    • URL

      http://seeds.office.hiroshima-u.ac.jp/profile/ja.700bcb94f8342637520e17560c007669.html

  • [備考] Research Map

    • URL

      https://researchmap.jp/read0213041

  • [産業財産権] 培養神経細胞の成熟度判定方法2019

    • 発明者名
      白尾智明 斎藤祐見子 小林勇喜 関野祐子
    • 権利者名
      白尾智明 斎藤祐見子 小林勇喜 関野祐子
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2019-69896

URL: 

公開日: 2021-01-27  

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