脂質スフィンゴミエリンが駆動する新奇細胞内プラットフォームの作動基盤の解明

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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の細胞内分布・細胞内領域特異的な作動機序については不明である。これまでの研究で、独自開発したSM可視化プローブを用いることで、神経細胞の突起先端部において、一過的に形成されるSMマイクロドメインが細胞内膜輸送による突起伸長を制御すること、また、細胞内シグナル受容体の活性化にSMが必要であること等を見出した。当該年度では、細胞内の領域特異的なSMの機能(細胞内膜輸送・シグナル、突起伸長への関与)を知ることを目指した。まず、全反射照明顕微鏡を用いて、形質膜におけるSMプローブの蛍光輝度を指標に、昨年度に開発したSM分解酵素の再構成系を改良することで、ごく短時間かつ微小領域での光刺激により、標的膜のSMのみを効率よく除去・回復させることに成功した。この新規手法を応用し、上記SMマイクロドメインや細胞内シグナル制御因子の存在する領域に対してSM分解酵素の再構成を行ったところ、特に形質膜、及び特定のエンドソーム膜の細胞質側脂質層に存在するSMが突起伸長を制御しうることを見出した。また、各種シグナルセンサープローブと共に観察したところ、形質膜、エンドソーム膜それぞれを端とする主要なシグナル伝達経路に、SM・SM代謝が関与しうることを見出した。さらに、突起先端部分では、膜輸送・膜脂質制御因子を通じて内在性のSM分解酵素が集合し、効率的に細胞骨格制御シグナルへと作用することで突起伸長を駆動するという分子機構を見出した。加えて、SM代謝物やSM代謝阻害剤の添加が即時的に、各種領域における細胞内シグナルに影響することも確認した。以上、本研究から、細胞内SMは領域特異的な濃縮や代謝を通じてシグナル伝達を厳密に制御するものと考えられる。