魚類における体成長と性成熟の相互作用に関する分子生理学的研究

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今年度は、本研究員は研究課題における最重要項目のひとつである、インスリン様成長因子の活性を制御する結合タンパク質(IGFBP-1)の機能解析と、その発現の制御調節機構の二点に焦点をあてて研究を行ってきた。昨年度の研究から、IGFBP-1の遺伝子発現が環境中の酸素濃度の低下によって上昇することを明らかにした。そこで、特異的に上昇するIGFBP-1が低酸素に起因する胚発生と成長遅滞にどのように関与しているかを明らかにするために、遺伝学的手法(loss/gain-of-function)を用いて検討した。まず、IGFBP-1に特異的なアンチセンスモルフォリノオリゴを微量注入し、正常酸素下ならびに低酸素下において内因性IGFBP-1をノックダウンした。正常酸素下では、IGFBP-1のノックダウンによる明らかな表現型は観察されなかったが、低酸素下においてIGFBP-1をノックダウンすると、低酸素により惹起される発生と成長の遅滞がおよそ60%改善された。次に、低酸素下で内因性IGFBP-1をノックダウンした胚に、外因的にIGFBP-1を過剰発現させると発生と成長が遅滞した。さらに、IGFBP-1の過剰発現は正常酸素下においても発生と成長の遅滞を誘起した。また、生化学的解析からIGFBP-1はIGF(IGF-1,2)と複合体を形成し、ゼブラフィッシュ初期胚由来の培養細胞におけるIGFの細胞増殖能を抑制することがわかった。以下の結果から、低酸素下におけるIGFBP-1の上昇はIGF依存的な細胞増殖を抑制し、これが低酸素に起因する発生と成長の遅延の重要な原因の1つであることを明らかにした。本研究は、PNAS誌の"Article from the cover"として採用された。また、低酸素によるIGFBP-1の発現誘導の分子機構の解明の端緒として、IGFBP-1遺伝子の上流域約3kbを単離した。IGFBP-1の上流域には13個のHIF-1結合配列、hypoxia-response element(HRE)が存在した。肝細胞培養系において、そのうち唯1つだけが低酸素下でのIGFBP-1の発現上昇に関与することが分かった。また、常酸素下においてもHIF-1を過剰発現することによってIGFBP-1発現が上昇した。さらに、ゼブラフィッシュ胚を用いてIGFBP-1のプロモーター活性をGFPにより可視化し、上記の知見を個体レベルでも示した。以上から、低酸素は転写因子HIF-1を介してIGFBP-1の発現を誘導することを細胞及び個体レベルで明らかにした。本研究はMolecular and Cellular Biology誌にて発表された。また、"2006 Annual meeting of society for integrative and comparative biology"において、Aubrey Gorbman best student awardを受賞した。