ホメオボックス型転写因子Arx遺伝子欠損マウスを用いた嗅覚神経回路形成機構の解析

利用同源盒转录因子Arx基因缺陷小鼠分析嗅觉神经回路形成机制

• 批准号: 16700300
• 负责人: 吉原 誠一
• 金额: $ 2.37万
• 依托单位: Nara Medical University (2006)The Institute of Physical and Chemical Research (2004-2005)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16700300/
• 关键词: 嗅覚神経系; 嗅細胞; 嗅球; 軸索投射; 転写調節因子; 神経細胞の移動; ノックアウトマウス; 介在ニューロン; 軸策投射; ホメオボックス遺伝子; radial glia

本年度はArx及びFezノックアウトマウスの一次嗅覚神経系の表現系を前年度に引き続き行った。Arx遺伝子とFez遺伝子はどちらも転写調節因子であるが、嗅覚系におけるその発現はArx遺伝子は嗅球の介在神経細胞とradial gliaのみ、Fez遺伝子は嗅細胞のみと互いに相補的であった。このように2つの遺伝子の発現パターンは互いに相補的であるが、それらのノックアウトマウスの嗅覚系における表現系は非常に似通ったものであった。二つに共通する表現系としては嗅細胞の軸索が嗅球へ到達できずに停留している点と嗅球の層構造の形成異常の2点が見つかった。この結果から、嗅細胞の嗅球への軸索投射と嗅球の層形成は互いに影響を及ぼしあいながら相互依存的に発達していくことが明らかになった。嗅球の構造を詳しく調べるとArxノックアウトマウスのほうがFezノックアウトマウスよりも構造異常の度合いが大きかった。Arx遺伝子はcell autonomousに嗅球介在神経細胞の移動を制御しているため、Arxノックアウトマウスでは、嗅細胞の軸索投射異常による細胞非自律的な嗅球の形成異常と嗅球介在神経細胞の細胞自律的な異常が重なったためにより激しい異常が出たと考えられる。これらのマウスを用いて嗅覚神経回路形成の分子機構を明らかにするために、Arz及びFez遺伝子の下流に存在する遺伝子群の同定を行った。具体的には野生型の終脳とArxノックアウトマウスのそれとでマイクロアレイを用いて発現量に差のある遺伝子群をリストアップした。同様にして野生型の嗅上皮とFezノックアウトマウスのそれとでマイクロアレイを行い発現量に差のある遺伝子群をリストアップした。

今年，继去年之后，我们研究了Arx和Fez基因敲除小鼠初级嗅觉神经系统的表达系统。 Arx和Fez基因都是转录调节因子，但它们在嗅觉系统中的表达与Arx基因仅在嗅球的中间神经元和放射状胶质细胞中的表达互补，而Fez基因仅在嗅觉细胞中的表达互补。虽然这两个基因的表达模式是互补的，但这些基因敲除小鼠嗅觉系统中的表达系统非常相似。发现了两种常见的表达系统：嗅细胞轴突无法到达嗅球并保持静止，以及嗅球层状结构畸形。这些结果表明，嗅细胞向嗅球的轴突投射和嗅球的层形成以相互依赖的方式发展，同时又相互影响。当我们详细检查嗅球的结构时，我们发现Arx基因敲除小鼠比Fez基因敲除小鼠有更大程度的结构异常。由于Arx基因以细胞自主的方式控制嗅球中间神经元的迁移，因此Arx基因敲除小鼠由于嗅球的轴突投射异常而出现嗅球非自主畸形，以及嗅球中间神经元的细胞自主畸形。认为更严重的异常发生是因为这些异常重叠。为了利用这些小鼠阐明嗅觉神经回路形成的分子机制，我们鉴定了一组存在于 Arz 和 Fez 基因下游的基因。具体来说，我们使用微阵列列出了野生型和 Arx 敲除小鼠端脑中差异表达的基因。同样，在野生型嗅上皮和 Fez 基因敲除小鼠的嗅上皮之间进行微阵列分析，并列出了具有差异表达水平的基因。

项目成果

Arx homeobox gene is essential for development of mouse olfactory system

• DOI: 10.1242/dev.01619
• 发表时间: 2005-02-15
• 期刊: Biology of blood and marrow transplantation : journal of the American Society for Blood and Marrow Transplantation
• 作者: Sei;K. Omichi;M. Yanazawa;K. Kitamura;Y. Yoshihara
• 通讯作者: Y. Yoshihara