トランスジェニックマウスを用いた嗅覚受容体遺伝子の発現制御機構の解明

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12680627
• 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): 名川 文清 東京大学, 大学院・理学系研究科, 講師 (10241233)
• Keywords: トランスジェニックマウス / 嗅覚受容体遺伝子 / 遺伝子クラスター / 遺伝子発現制御 / シスエレメント / YACベクター / 嗅神経細胞 / 神経軸索投射

Research Abstract

申請者らは、嗅細胞における嗅覚受容体遺伝子の相互排他的な発現の分子機構を解明する為、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)ベクターを用いることにより世界に先駆けて成功した(Nat. Neurosci. 3, 687-693, 2000)。我々の作製したマウスにおいては、460kbのYAC DNA上の嗅覚受容体遺伝子MOR28はIRES(internal ribosome entry site)を介してtau-lacZ遺伝子により標識されており、内在性のMOR28遺伝子は外来性の遺伝子を発現する細胞と区別する為、ノックインの手法を用いてIRES-gap-GFP遺伝子により標識されている。本研究において、このマウスを詳細に解析した結果、(1)外来性及び内在性のMOR28遺伝子は個々の嗅細胞で相互排他的に発現すること、(2)外来性または内在性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、(3)それぞれの遺伝子を発現する嗅細胞の軸索の選別と収瞼はpathfindingの過程ではなく、糸球構造の形成に伴って生じることが明らかとなった。また、ノックインマウスの嗅上皮からGFP蛍光を指標に、内在性のMOR28遺伝子を発現する嗅細胞を単離し、その核に関してRNA-DNA FISH(fluorescent in situ hybridization)法を用いて解析した。その結果、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することが出来た。更に、我々のトランスジェニックマウスの解析から、MOR28遺伝子クラスターの発現には、その上流約100kbの領域が重要であることが示されているので、この領域に予想される制御エレメントを、順次欠失を導入することにより絞り込んでいる。最近、マウスとヒトのゲノムプロジェクトにおいて、MOR28及びそのヒトortholog遺伝子クラスター領域に関するDNA塩基配列がそれぞれ決定され、私共の解析により、MOR28遺伝子の転写開始点上流約70kbに、唯一、双方で相同性の高い2kbの領域が同定された。興味深いことに、MOR28遺伝子の上流に存在するこの相同性領域を欠失させたトランスジェニックマウスでは、このクラスターに属する3つの受容体遺伝子の発現が同時に消失した。この観察は、嗅覚受容体遺伝子の発現がクラスターのレベルで制御されており、一つの受容体遺伝子が選択される前に、一つのクラスターがchoiceされる可能性を示唆している。

Research Products

• [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)
• [Publications] Sengoku, S.: "Axonal projection of olfactory sensory neurons during the developmental and regeneration processes"HeuroReport. 12・5. 1061-1066 (2001)
• [Publications] Tsuboi, A.: "Molecular basis of neural circuit formation in the mammalian olfactory system"The Japanese Journal of Taste and Smell Research. 9・1(in press). (2002)