嗅覚受容体の発現に依存した嗅覚神経回路形成の分子機構

嗅觉神经回路形成依赖于嗅觉受体表达的分子机制

基本信息

批准号：
13210028
负责人：
坪井昭夫
金额：
$ 5.76万
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 (C)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

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、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)ベクターを用いることにより世界に先駆けて成功した(Nat. Neurosci. 3:687-693,2000)。我々の作製したマウスにおいては、460kbのYAC DNA上の嗅覚受容体遺伝子MOR28はIRES (internal ribosome entry site)を介してtau-lacZ遺伝子により標識されており、内在性のMOR28遺伝子は外来性の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IRES-gap-GFP遺伝子により標識されている。本研究において、このマウスを詳細に解析した結果、(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)外来性或いは内在性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)それぞれの遺伝子を発現する嗅細胞の軸索の選別と収斂はpathfindingの過程ではなく、糸球構造の形成に伴って生じることが明らかとなった。また、嗅細胞の嗅球への軸索投射に関して、トランスジェニック・ノックインマウスを用いて解析したところ、嗅覚受容体遺伝子の遺伝的背景、遺伝子標識の種類、染色体上での位置などが、軸索投射を規定するパラメーターになり得ることが示唆された。次に本研究では、これ迄の解析からMOR28遺伝子の発現制御には、その上流約100kbのDNA領域が重要であることが示されているので、この領域に予想される制御エレメントを、様々な欠失を導入することにより絞り込んでいる。最近、マウスとヒトのゲノムプロジェクトにおいて、MOR28及びそのヒトortholog遺伝子クラスター領域に関するDNA塩基配列がそれぞれ決定され、私共の解析により、MOR28遺伝子の転写開始点上流約70kbに、唯一、双方で相同性の高い2kbの領域が同定された。興味深いことに、MOR28遺伝子の上流に存在するこの相同性領域を欠失させたトランスジェニックマウスでは、このクラスターに属する3つの受容体遺伝子の発現が同時に消失した。この観察は、嗅覚受容体遺伝子の発現がクラスターのレベルで制御されており、一つの受容体遺伝子が選択される前に、一つのクラスターがchoiceされる可能性を示唆している。

申请人一直致力于阐明嗅觉细胞中嗅觉受体基因的相互排斥的表达以及依赖于此的位置特异性轴突投射到嗅球的分子机制，这是一个长期存在的问题，我们试图建立一个表达系统。在转基因小鼠中研究嗅觉受体基因，并利用YAC（酵母人工染色体）载体在世界上首次获得成功（Nat. Neurosci. 3:687-693, 2000）。在我们创建的小鼠中，460kb YAC DNA 上的嗅觉受体基因 MOR28 通过 IRES（内部核糖体进入位点）被 tau-lacZ 基因标记，内源性 MOR28 基因被外源性基因标记，以便区分。从表达的细胞中，使用敲入方法用 IRES-gap-GFP 基因进行标记。在本研究中，我们详细分析了这只小鼠，发现（1）外源性和内源性 MOR28 基因在单个嗅觉细胞中相互排斥表达，（2）外源性或内源性基因被表达。 (3) 表达每个基因的嗅觉细胞轴突的排序和会聚并不是作为寻路过程发生的，而是随着小球形成在一起而发生的。此外，我们利用转基因敲入小鼠分析了嗅细胞向嗅球的轴突投射，发现嗅觉受体基因的遗传背景、基因标记的类型、在染色体上的位置等。建议这可能是定义的参数接下来，在本研究中，由于之前的分析表明MOR28基因上游约100kb的DNA区域对于调节MOR28基因的表达很重要，因此通过引入缺失来缩小预计存在于该区域的各种调节元件。最近，在小鼠和人类基因组计划中确定了MOR28及其人类直系同源基因簇区域的DNA碱基序列，我们的分析表明两者之间唯一的同源性位于MOR28基因转录起始位点上游约70kb处。 2 kb 区域具有高有趣的是，在删除了MOR28基因上游同源区域的转基因小鼠中，属于该簇的三个受体基因的表达同时被消除。这一观察表明嗅觉受体基因的表达是在簇水平上控制的，并且在选择一个受体基因之前可以选择一个簇。