線虫の嗅覚可塑性を制御するフェロモンシグナル伝達系の解析

生物の行動決定には同種他個体との情報交換が重要であり、多くの生物はフェロモンを用いる。線虫C. elegansは多様なフェロモンのレパートリーをもち、その機能も多彩である。線虫の単純な神経系とよく整備された遺伝学的資源・ツールは、フェロモン研究を進めるうえでの強みとなっている。線虫においてはフェロモンを介して嗅覚可塑性が制御されるという高次の神経機能制御機能が報告された(Yamada et al. 2010)。高密度培養下では培地中のフェロモン濃度が高く、この時ASI神経におけるsnet-1神経ペプチド遺伝子の発現は低く抑えられる。逆に低密度下ではsnet-1の発現は上昇する。このsnet-1遺伝子の蛍光レポーターを利用し、化学変異原処理によりレポーター遺伝子の発現が異常に高くなるものを選抜したところ、daf-1/I型TGF-beta受容体遺伝子とその下流のdaf-14/SMAD遺伝子に変異をもつ2つの変異体を得た。また電位依存性カチオンチャネルegl-19の機能獲得型変異体も得た。これらの遺伝子を含む経路の他の遺伝子の変異体も表現型を調べたところ、TGF-β経路の変異体は最下流の転写因子であるdaf-5を除き異常に高いレポーター遺伝子の発現を示した。二重変異体の実験から本研究の系においてはdaf-5が経路に含まれないことが示された。TGF-β経路に含まれるdaf-3の表現型が上流のSMADと異なる点については、未知のNHRの関与が予想された。TGF-β経路の機能細胞についてはレスキュー実験を行い、ASI神経以外の細胞の関与が示されたが、これについてはCRISPRなどの技術を用いた検証が必要だ。インスリン経路の変異体の結果から、インスリン経路の本系へのシグナル伝達の関与も示された。本研究によってフェロモン受容から行動に至る総合的な機構の一部が提示された。

生物の行動決定には同種他個体との情報交換が重要であり、多くの生物はフェロモンを用いる。線虫C. elegansは多様なフェロモンのレパートリーをもち、その機能も多彩である。線虫の単純な神経系とよく整備された遺伝学的資源・ツールは、フェロモン研究を進めるうえでの強みとなっている。線虫においてはフェロモンを介して嗅覚可塑性が制御されるという高次の神経機能制御機能が報告された(Yamada et al. 2010)。高密度培養下では培地中のフェロモン濃度が高く、この時ASI神経におけるsnet-1神経ペプチド遺伝子の発現は低く抑えられる。逆に低密度下ではsnet-1の発現は上昇する。このsnet-1遺伝子の蛍光レポーターを利用し、化学変異原処理によりレポーター遺伝子の発現が異常に高くなるものを選抜したところ、daf-1/I型TGF-beta受容体遺伝子とその下流のdaf-14/SMAD遺伝子に変異をもつ2つの変異体を得た。また電位依存性カチオンチャネルegl-19の機能獲得型変異体も得た。これらの遺伝子を含む経路の他の遺伝子の変異体も表現型を調べたところ、TGF-β経路の変異体は最下流の転写因子であるdaf-5を除き異常に高いレポーター遺伝子の発現を示した。二重変異体の実験から本研究の系においてはdaf-5が経路に含まれないことが示された。TGF-β経路に含まれるdaf-3の表現型が上流のSMADと異なる点については、未知のNHRの関与が予想された。TGF-β経路の機能細胞についてはレスキュー実験を行い、ASI神経以外の細胞の関与が示されたが、これについてはCRISPRなどの技術を用いた検証が必要だ。インスリン経路の変異体の結果から、インスリン経路の本系へのシグナル伝達の関与も示された。本研究によってフェロモン受容から行動に至る総合的な機構の一部が提示された。