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

脂质鞘磷脂的新细胞内功能：以神经突生长为模型的研究

基本信息

批准号：
19J00229
负责人：
仁木隆裕
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

鞘磷脂（SM）是生物膜的主要成分脂质，在神经系统细胞中含量丰富，并且被认为在大脑和神经系统的功能表达中发挥重要作用，其内部定位/细胞内区域特异性作用机制是。未知。在之前的报告中，通过应用独特开发的SM探针，我们成功地可视化了神经系统细胞中的细胞内SM，特别是在伸长过程中被称为神经突的微小区域，并研究了它们的详细分布和膜动力学。我们还发现，随着细胞质钙离子（Ca）浓度的增加，细胞内会形成富含膜转运控制蛋白的SM微结构域，这是神经突生长的重要因素。此外，我们建立了一种新方法来全面鉴定Ca信号短期现象期间SM微结构域中富集的蛋白质，并找到了参与富集的候选因子。在本财年，我们的目标是开发一种方法来即时和区域特异性地操纵 SM 的数量和定位，以便更详细地了解 SM 特定于细胞内区域的功能。结果，我们成功开发了一种方法，其中 SM 降解酶片段预先在细胞中表达，并以药物或光刺激的方式在靶膜上重建。这使得仅在活细胞内的特定微区域立即可逆地去除和恢复细胞内 SM 成为可能。应用这种新方法，我们将SM降解酶重构到构成SM微结构域的分子的细胞质区域，即各种膜转运控制因子和细胞内Ca控制分子，并发现神经生长的膜动力学我们发现SM和SM代谢可能涉及产生细胞骨架的主要细胞骨架控制信号我们还发现代谢物和内源性 SM 降解酶可能与这些膜转运调节剂协同发挥作用。总之，本研究表明细胞内 SM 为细胞内膜运输和信号转导提供了一个位点，以通过浓缩和代谢来响应外部刺激。