栄養依存的な神経突起の発達メカニズムと個体の生理機能に果たす意義の追究

本研究の目的は、個体を取り巻く栄養環境の変化がニューロンの形態形成に作用する分子メカニズムを明らかにすることである。そのために、低栄養条件においてショウジョウバエ幼虫の感覚神経細胞の樹状突起形態が複雑になる表現型（：突起数増加表現型）をモデル系とした解析を行ってきた。まずは、表現型の原因栄養素を明らかにするため、低栄養な餌に添加することにより、表現型を回復させる栄養素を探索した。その結果、単一の栄養素ではなく、複数の栄養素が同時に不足することにより、この表現型が引き起こされることを見出した。また、突起数増加表現型のシグナリング機構を追究するため、組織特異的な遺伝子ノックダウン実験を行い、表現型に寄与するシグナル因子の候補を得た。次に、抗体染色法やレポーターアッセイを用いてそれらのシグナル因子の活性が栄養条件依存的にどのように制御されるかを解析した。その結果、低栄養餌では筋肉組織において液性因子の遺伝子発現量が上昇し、感覚神経細胞がその因子を受容することで細胞内のシグナル伝達経路が活性化して、樹状突起の分岐が増加することが明らかになった。また、添加実験により明らかになった表現型の原因となる栄養素群を低栄養餌に添加すると、筋肉でこの因子の発現量上昇が見られなくなった。これらの解析から、筋肉と神経細胞をつなぐ組織間シグナリングが低栄養依存的な突起数増加表現型に寄与することが明らかになった。さらに、電気生理学的な手法による神経細胞の発火活動の計測や個体の行動解析から、低栄養条件下では、この表現型に伴い、神経細胞の光刺激への応答性と個体の光忌避行動が低下することが分かった。

本研究の目的は、個体を取り巻く栄養環境の変化がニューロンの形態形成に作用する分子メカニズムを明らかにすることである。そのために、低栄養条件においてショウジョウバエ幼虫の感覚神経細胞の樹状突起形態が複雑になる表現型（：突起数増加表現型）をモデル系とした解析を行ってきた。まずは、表現型の原因栄養素を明らかにするため、低栄養な餌に添加することにより、表現型を回復させる栄養素を探索した。その結果、単一の栄養素ではなく、複数の栄養素が同時に不足することにより、この表現型が引き起こされることを見出した。また、突起数増加表現型のシグナリング機構を追究するため、組織特異的な遺伝子ノックダウン実験を行い、表現型に寄与するシグナル因子の候補を得た。次に、抗体染色法やレポーターアッセイを用いてそれらのシグナル因子の活性が栄養条件依存的にどのように制御されるかを解析した。その結果、低栄養餌では筋肉組織において液性因子の遺伝子発現量が上昇し、感覚神経細胞がその因子を受容することで細胞内のシグナル伝達経路が活性化して、樹状突起の分岐が増加することが明らかになった。また、添加実験により明らかになった表現型の原因となる栄養素群を低栄養餌に添加すると、筋肉でこの因子の発現量上昇が見られなくなった。これらの解析から、筋肉と神経細胞をつなぐ組織間シグナリングが低栄養依存的な突起数増加表現型に寄与することが明らかになった。さらに、電気生理学的な手法による神経細胞の発火活動の計測や個体の行動解析から、低栄養条件下では、この表現型に伴い、神経細胞の光刺激への応答性と個体の光忌避行動が低下することが分かった。