脂質スフィンゴミエリンの細胞内での新たな機能：神経突起の成長をモデルとした研究

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生体膜の主要な構成脂質であるスフィンゴミエリン(SM)は、神経系細胞に豊富に存在し、脳神経系の機能発現に重要な役割を担うと推察されているが、神経組織でのSMの細胞内局在・細胞内領域特異的な作動機序については不明である。前年度までの報告で、独自に開発したSMプローブを応用することで、神経系細胞、特に伸長過程にある神経突起という微小領域において細胞内SMを可視化することに成功し、その詳細な分布および膜動態を明らかにした。また、神経突起伸長に関わる重要な因子である、細胞質カルシウムイオン(Ca)濃度の上昇に伴って細胞内に膜輸送制御タンパク質が濃縮したSMマイクロドメインが形成されることを見出した。さらには、Caシグナルという短時間の現象の中で、SMマイクロドメインに濃縮されるタンパク質を網羅的に同定する新規手法を確立し、濃縮に関わる候補因子を見出した。当該年度では、より詳細に細胞内領域特異的なSMの機能を知るため、領域特異的かつ瞬時にSMの量や局在を操作する手法の開発を目指した。結果、細胞内にSM分解酵素断片を予め発現させ、薬剤添加または光刺激依存的に標的膜上で再構成するという手法の開発に成功した。これにより、細胞内SMを生細胞内の特定の微小領域のみで即時的かつ可逆的に除去・回復できるようになった。この新規手法を応用し、上記SMマイクロドメインを構成する分子、すなわち各種膜輸送制御因子や細胞内Ca制御分子の細胞質側領域へのSM分解酵素の再構成を行ったところ、神経成長の膜動態を生み出す主要な細胞骨格制御シグナルにSM・SM代謝が関与しうることを見出した。また、代謝産物および内在性のSM分解酵素がこれら膜輸送制御因子と協調的に機能する可能性も見出している。以上、本研究から、細胞内SMは濃縮や代謝を通じて、外来刺激に呼応した細胞内膜輸送やシグナル伝達の場を提供するものと考えられる。