嗅覚系における神経回路形成の分子機構-嗅神経細胞の標的特異的な軸索投射-

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11170215
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 坪井 昭夫 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (20163868)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西住 裕文 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (30292832) ; 名川 文清 東京大学, 大学院・理学系研究科, 講師 (10241233)
• Keywords: 嗅覚神経回路 / 嗅神経細胞 / 嗅球への軸索投射 / 嗅覚受容体遺伝子 / 遺伝子発現制御 / トランスジェニックマウス / ノックインマウス / 遺伝子標識

Research Abstract

申請者らは、嗅細胞の嗅球への標的特異的な軸索投射の分子機構を解明する為に、先ず、マウス14番染色体上にクラスターを成す嗅覚受容体遺伝子、MOR28、MOR10及びMOR83に着目し、それらの発現と軸索投射を解析した。その結果、これら遺伝子は嗅上皮で相互排他的に発現しており、それぞれを発現する嗅細胞は、近接した3つの異なる糸球に軸索投射している事が判明した。これは嗅覚受容体遺伝子の染色体上でのlinkageと、嗅球における投射先との関連を解析した初めての報告である。我々は次に、長年の懸案であったトランスジェニックマウスにおける嗅覚受容体遺伝子の発現系の確立を試み、YAC(yeast artificial chromosome)ベクターを用いる事により世界に先駆けて成功した。このトランスジェニックマウスにおいては、460kbのYAC DNA上のMOR28遺伝子はlacZ遺伝子により標識されている。一方、外来性のMOR28遺伝子を発現する細胞と区別する為、内在性のMOR28遺伝子がGFP遺伝子により標識されたマウスをノックインの手法を用いて作製した。これらを交配したマウスを解析した結果、外来性と内在性のMOR28遺伝子は個々の嗅細胞で相互排他的に発現すること、及びそれぞれの遺伝子を発現する嗅細胞の投射先は隣接しているが異なる糸球であることが明らかとなった。また、lacZとGFP遺伝子で別々に標識した2種類のMOR28遺伝子の発現を、トランスジェニック系で解析したところ、それぞれが異なる嗅細胞で相互排他的に発現することが示された。これは、同一の染色体部位に複数個導入された同じMOR28トランスジーンの間でも、相互排他的発現の見られることを実験的に示した最初の例として注目された。申請者らはまた、上述したノックインマウスの嗅上皮からGFP蛍光を指標にMOR28発現嗅細胞を単離し、その核に関してRNA-DNA FISH(fluorescent in situ hybridization)法を用いて解析することにより、これ迄提唱されていた嗅覚受容体遺伝子のmonoallelicな発現を、単一細胞レベルで初めて証明した。更に、嗅細胞の嗅球への軸索投射に関して、ノックインマウスとトランスジェニックマウスを用いて解析した結果、嗅覚受容体遺伝子の染色体上での位置、遺伝的多型、遺伝子標識の種類及び有無などが、軸索投射を規定するパラメーターになり得ることが示された。

Research Products

• [Publications] Tsuboi,A.: "Olfactory neurons expressing closely linked and homologous odorant receptor genes tend to project their axons to neighboring glomeruli on the olfactory bulb."The Journal of Neuroscience. 19・19. 8409-8418 (1999)
• [Publications] Touhara,K.: "Functional identification and reconstitution of an odorant receptor in single olfactory neurons."Proceedings of the National Academy of Sciences of U.S.A.. 96. 4040-4045 (1999)
• [Publications] Serizawa,S.: "Mutually exclusive expression of odorant receptor transgenes."Nature Neuroscience. 3・7. 687-693 (2000)
• [Publications] Ishii,T.: "Monoallelic expression of the odourant receptor gene and axonal projection of olfactory sensory neurones."Genes to Cells. 6・1. 71-78 (2001)