神経突起伸展を制御する分子の動態の同時イメージング解析とシミュレーションの構築

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時空間情報を含んだシミュレーションを構築するために、NGFシグナル伝達経路の解析とそのモデル構築を行った。FRETプローブと様々な阻害剤を組合せた実験結果を基に、GENESIS/Kinetikitプログラム上でシグナル伝達経路をモデル化し、シミュレーションによる解析を行った。その結果、Rac1/Cdc42の活性はPIP3に大きく依存すること、さらにNGF刺激によってPIP3の脱リン酸化酵素が活性化されることが強く示唆された。次に、RNAi法を用いてPIP3の脱リン酸化酵素をノックダウンしたところ、PTENとSHIP2のノックダウンによって、NGF刺激におけるRac1とCdc42の活性化、及びPIP3の蓄積が著しく亢進すること、また神経突起の異常形成が観察された。シミュレーションによってRac1依存的なポジティブフィードバック、ネガティブフィードバックが存在することが予測され、それらを実験的に証明することができた。このことは、ポジティブフィードバック・ネガティブフィードバックによる自発的なパターン形成、すなわちチューリング波の形成条件の一つを満たしていた。そこで、チューリング波による周期的なパターン形成に重要な因子である活性化因子(Vav2)と不活性化因子(SHIP2、PTEN)の拡散速度の違いを蛍光イメージングで測定した。その結果、活性化因子が不活性化因子よりも拡散速度が遅いことが明らかになり、チューリング波によるパターン形成を支持することが分かった。