嗅覚系における神経回路網形成の分子基盤

嗅觉系统神经网络形成的分子基础

• 批准号: 12053216
• 负责人: 坪井 昭夫
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12053216/
• 关键词: 嗅覚神経回路; 発生と再生; 嗅神経細胞; 神経軸索投射; 嗅覚受容体遺伝子; 遺伝子発現制御; トランスジェニックマウス; ノックインマウス; 嗅覚神経回路; 発生と再生; 嗅神経細胞; 神経軸索投射; 嗅覚受容体遺伝子; 遺伝子発現制御; トランスジェニックマウス; ノックインマウス

申請者らは、嗅細胞における嗅覚受容体遺伝子の相互排他的な発現、及びそれに依存して生じる嗅球への位置特異的な軸索投射の分子機構を解明する為、マウス14番染色体上に隣接して存在する、3つの相同性の高い嗅覚受容体遺伝子(MOR28-MOR10-MOR83)を同定し、それらの基礎的な解析を行ってきた(Tsuboi,et al.,J.Neurosci.,19,8409-8418,1999)。本研究において我々は、長年の懸案であったトランスジェニックマウスにおける嗅覚受容体遺伝子の発現系の確立を試み、YAC(yeast artificial chromosome)ベクターを用いる事により世界に先駆けて成功した。このトランスジェニックマウスにおいては、460kbのYAC DNA上の嗅覚受容体遺伝子MOR28はlacZ遺伝子により標識されている。一方、外来性のMOR28遺伝子を発現する細胞と区別する為、ノックインの手法を用いて内在性のMOR28遺伝子がGFP遺伝子により標識されたマウスを作製した。これらを交配したマウスを解析した結果、(1)外来性及び内在性のMOR28遺伝子は個々の嗅細胞で相互排他的に発現すること、(2)それぞれの遺伝子を発現する嗅細胞の投射先は隣接しているが異なる糸球であること、(3)新生及び再生の過程において、嗅神経がそれぞれに対応する独立した糸球を形成する為には、一定数以上の細胞が必要であることが明らかとなった。次に、lacZとGFPで別々に標識した2種類のMOR28遺伝子の発現を、トランスジェニック系で解析したところ、それぞれが異なる嗅細胞で相互排他的に発現することが示された。これは、同一の染色体部位に複数個導入された同じMOR28トランスジーンの間でも、相互排他的発現の見られることを実験的に示した最初の例として注目された(Reed,Nature Neurosci.,3,638-639,2000)。申請者らはまた、上述したノックインマウスの嗅上皮からGFP蛍光を指標にMOR28発現嗅細胞を単離し、その核に関してRNA-DNA FISH(fluorescent in situ hybridization)法を用いて解析することにより、これ迄提唱されていた嗅覚受容体遺伝子のmonoallelicな発現を、単一細胞レベルで初めて証明した。更に、嗅細胞の嗅球への軸索投射に関して、ノックインマウスとトランスジェニックマウスを用いて解析した結果、嗅覚受容体遺伝子の染色体上での位置、遺伝的多型、遺伝子標識の種類及び有無などが、軸索投射を規定するパラメーターになり得ることが示された。

To elucidate the molecular mechanisms of mutually exclusive expression of olfactory receptor genes in olfactory cells and the location-specific axonal projections to the olfactory bulb that occur depending on them, the applicants have identified three highly homology olfactory receptor genes (MOR28-MOR10-MOR83) that are located adjacent to mouse chromosome 14 and conducted basic analysis of them (Tsuboi, et Al。，J。Neurosci。，19，8409-8418，1999）。在这项研究中，我们试图在转基因小鼠中建立一个嗅觉受体基因的表达系统，这一直是一个长期关注的问题，并且是世界上第一个通过使用YAC（酵母人造染色体）载体成功的世界上的表达系统。在此转基因小鼠中，将460 kb YAC DNA上的嗅觉受体基因MOR28标记为LACZ基因。另一方面，为了将其与表达外国MOR28基因的细胞区分开，制备了使用敲入技术将内源性MOR28基因用GFP基因标记的小鼠。 Analysis of mice that have been crossed together revealed that (1) the foreign and endogenous MOR28 genes are mutually exclusively expressed in individual olfactory cells, (2) the projected destination of each olfactory cell that expresses each gene is adjacent but different glomeruli, and (3) during the process of neogenesis and regeneration, more than a certain number of cells are required for the olfactory nerve to form independent glomeruli corresponding彼此。接下来，使用转基因系统分析了用LACZ和GFP分别标记的两个不同MOR28基因的表达，并显示它们在不同的嗅觉细胞中相互独特表达。这被认为是实验证明的第一个例子，即在同一染色体部位多次引入的同一MOR28转基因之间也看到了互斥的表达（Reed，Nature Neurosci。，3,638-639,2000）。申请人还使用GFP荧光作为指示剂将敲入小鼠的嗅觉上表达MOR28表达嗅觉细胞，并使用RNA-DNA FISH（荧光原位原位杂交）分析了其核，并证明了先前提出的拟议的元素级别的单一含量的单一含量，该元素是单个小组级别的单一含量。此外，使用敲入和转基因小鼠对嗅觉细胞的轴突投影分析表明，嗅觉受体基因在染色体，遗传多态性，基因标记的类型和存在上的位置可以是定义轴突预测的参数。