2016 Fiscal Year Annual Research Report
TRPチャネルおよび膜脂質による温度センシング機構の解明
| Project Area | Integrative understanding of biological phenomena with temperature as a key theme |
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| Project/Area Number |
15H05928
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| Research Institution | Okazaki Research Facilities, National Institutes of Natural Sciences |
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Principal Investigator |
富永 真琴 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(岡崎共通研究施設), 岡崎統合バイオサイエンスセンター, 教授 (90260041)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高木 昌宏 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (00183434)
久原 篤 甲南大学, 理工学部, 准教授 (00402412)
内田 邦敏 福岡歯科大学, 口腔歯学部, 講師 (20581135)
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| Project Period (FY) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 温度生物学 / 生理学 / 神経科学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1) 人工脂質二重膜計測システムを立ち上げ、精製グリーンアノールトカゲTRPA1タンパク質を導入して膜脂質とチャネルタンパク質だけの再構成系で温度依存的なチャネル開口を解析した。2) 3種類の蚊（ガンビエハマダラカ・ステフェンスハマダラカ・ネッタイシマカ）TRPA1の遺伝子をクローニングし、化学物質および熱による活性化を解析した。3) HC030031が温度感受性TRPA1チャネルのヒトチャネルを阻害するがカエルチャネルを阻害しないことに着目して、作用するアミノ酸を同定した。4) 胆汁鬱滞時に増大して痒みの発症に関わると考えられているリソフォスファチジン酸 (LPA)がLPA5受容体に作用し、細胞内で種々の酵素作用によってLPAが再合成されて細胞の内側からTRPA1を活性化することを明らかにした。さらに、LPAが作用するTRPA1のアミノ酸を同定した。5) グリーンアノールトカゲTRPA1が細胞外Ca2+濃度依存的に熱によって活性化することを見出し、Ca2+が結合する細胞外の３つの酸性アミノ酸を同定した。6) マウス褐色脂肪細胞に発現するTRPV2の生理的意義の解析を行い、UCP1の発現増大を介して産熱増強に寄与することが分かった。（以上富永・内田）7) 水酸化脂肪酸のショウジョウバエTRPA1に対する効果を検討した。（富永・梅田班との連携）8) 自然の細胞膜において膜電位の発生に寄与すると考えられている負電荷脂質を含む人工膜である巨大リポソームの相分離挙動の観察を行った。（高木）9) シンプルな実験動物である線虫を用いて、温度情報伝達への関与の報告のない遺伝子に焦点をあてて3量体Gタンパク質とTRPチャネルを介した温度情報伝達や個体の温度応答に関わる分子の単離と解析を進めた。（久原）
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
1) 温度感受性TRPチャネルの生理機能解析 (TRPA1, TRPV2, TRPV4)、人工脂質二重膜計測システムを立ち上げと精製グリーンアノールトカゲTRPA1タンパク質のチャネル機能解析、昆虫温度感受性TRPチャネル解析、温度感受性TRPチャネルの構造機能連関解析等いずれの研究においても大きな進展があった。（富永・内田）2) 荷電脂質と中性脂質の２成分系において、温度を下げると相分離が起き、その後さらに荷電脂質に富む領域から膜孔（ポア）が形成されることを実験的に明らかにした。理論背景を基礎に、数値シミュレーションにより2D、3Dダイナミクスの共役現象を再現する事ができた。これらの成果は、2Dダイナミクスと3Dダイナミクスが共役している事、また数理科学的手法が、膜ダイナミクスに関する解釈に力を発揮する事も示していると考えている。感覚刺激因子や疾患因子が2D, 3Dダイナミクスに与える影響、特に線張力に与える温度などの物理的ｘ刺激の影響について、解析を行なっている。（高木）3) 感覚ニューロンにおいて、温度と光が共通の3量体Gタンパク質経路を使って伝達され、さらに一部異なるGタンパク質などを使うことで、2つの感覚情報を区別していることが示唆された。温度受容ニューロンから伝達された温度情報が、腸を介して精子に伝達され、精子から温度受容ニューロンにフィードバックされることが示唆された。（久原）
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| Strategy for Future Research Activity |
1) 温度感受性TRPチャネルのTRPV4, TRPV3, TRPA1の生理的意義の解析をさらに進める。TRPV1, TRPA1蛋白質を精製して、人工脂質二重膜計測システムを用いたさらなる解析を行う。細胞内温度計測システムとIRレーザーによる細胞内温度制御システムを確立させる。4種の蚊のTRPA1遺伝子のクローニングと機能解析をさらに進める。TRPAチャネルとCa2+活性化クロライドチャネルanoctaminの機能連関に必要なアミノ酸の同定を進める。温度依存的な髄鞘形成のメカニズムを解明する。（富永・内田）2) 細胞骨格であるアクチンや微小管の重合状態と温度、膜ダイナミクスとの関係について、詳細に解析する。さらには、温感・冷感は、もちろん痛感、什痒感や肥満など、膜や脂質が関連すると考えられる感覚刺激と温度について、人工細胞系と生きた細胞を用いた研究を並行して行う。（高木）3) 温度情報伝達や個体の温度応答に関与する新規候補遺伝子がさらに見つかってきたため、それらの発現細胞やノックアウト系統の作製や、既存の温度情報伝達経路との分子遺伝学的関係を調べる。（久原）
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[Journal Article] Lack of TRPV2 impairs thermogenesis in mouse brown adipose tissue.2016
Author(s)
Sun W, Uchida K, Suzuki Y, Zhou Y, Kim M, Takayama Y, Takahashi N, Goto T, Wakabayashi S, Kawada T, Iwata Y, Tominaga M.
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Journal Title
EMBO Rep.
Volume: 17(3)
Pages: 383-399
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Natural variations of cold tolerance and temperature acclimation in Caenorhabditis elegans2016
Author(s)
Okahata M., Ohta, A., Mizutani, H., Minakuchi, Y., Toyoda, A., Kuhara, A.
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Journal Title
Journal of Comparative Physiology B.
Volume: 186(8)
Pages: 985-998
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Membrane: Order and Dynamics2016
Author(s)
Masahiro Takagi
Organizer
The 22nd Symposium of Young Asian Biological Engineers’ Community(YABEC)
Place of Presentation
Miyazaki SEAGAIA Resort(Miyazaki,Miyazaki,JAPAN)
Year and Date
2016-11-28
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[Presentation] Isolation of genes required for cold acclimation speed2016
Author(s)
Shiori Sakai, Tohru Miura, Tomoyo Ujisawa, Yohei Minakuchi, Atsushi Toyoda, Akane Ohta, Atsushi Kuhara
Organizer
C. elegans Neuronal Development, Synaptic Function & Behavior meeting
Place of Presentation
Nagoya university(Nagoya,Aichi,Japan)
Year and Date
2016-07-27 – 2016-07-30
Int'l Joint Research
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[Presentation] Xanthine dehydrogenase regulates cold acclimation2016
Author(s)
Natsune Takagaki, Akane Ohta, Masato Kobayashi, Yohei Minakuchi, Atsushi Toyoda, Atsushi Kuhara
Organizer
C. elegans Neuronal Development, Synaptic Function & Behavior meeting
Place of Presentation
Nagoya university(Nagoya,Aichi,Japan)
Year and Date
2016-07-27 – 2016-07-30
Int'l Joint Research
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