Identification of signaling pathways regulating multiciliate cell differentiation, maturation and function in early embryos

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26440123
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 日下部 杜央 京都大学, 生命科学研究科, 講師 (80378843)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: アフリカツメガエル / シグナル伝達 / 多繊毛

Outline of Annual Research Achievements

これまで我々は、アフリカツメガエルのmab21ファミリー分子mab21-l3が、初期胚表皮において多繊毛細胞とイオノサイトに発現し、これらの細胞の分化に必要であることを見出していた。そこで、mab21-l3が機能する時期について詳細に検討したところ、遅くても原腸胚中期にはmab21-l3がこれらの細胞の分化に必須となることがわかった。さらに、マウス気道上皮細胞の初代培養系において、mab21-l3の機能阻害によって多繊毛細胞の数が減少するが基底細胞の数は殆ど変化しないことを見出した。
加えて我々は、アフリカツメガエルのMAPKファミリー分子ERK7の機能を阻害すると、多繊毛の形態が異常になることをこれまで見出していた。そこで、繊毛形成に必須であることが報告されていたアクチン制御分子CapZIP に着目して解析を進め、ERK7が少なくても部分的にはCapZIPのリン酸化を介して機能することを見出した。さらに、酵母ツーハイブリッド法によって同定したERK7結合候補分子およびその近縁分子の解析を行なった。ERK7結合候補近縁分子に対するモルフォリノオリゴをアフリカツメガエル初期胚にインジェクションすると、繊毛の形成が阻害された。このようなモルフォリノオリゴによるノックダウンの表現型が特異的であることを示すために、CRISPR/Cas9によるゲノム編集の実験系の立ち上げに着手した。
さらに、ERK7とは別の機能不明キナーゼ分子のモルフォリノオリゴをアフリカツメガエル初期胚にインジェクションすると、表皮形成不全が観察された。この表現型はmab21-l3のノックダウンによる表現型と類似していたが、詳細に検討したところ表皮の細胞接着に異常が見られることが判った。さらにマイクロアレイおよびプロモーター解析によって、キナーゼの下流で働くと予想される転写因子を同定した。