教員の研究紹介
笹原 正清

認知・情動脳科学専攻 Major of Cognitive and Emotional Neuroscience

増殖因子による生体機能制禦の解析
Functional analysis of growth factor in bio-regulation
Masakiyo Sasahara分子神経病態学 Molecular Neuropathology
笹原 正清 Masakiyo Sasahara

研究の背景と目的 Background and Purpose of Study

我々の生体は、これを形づける構成要素とこれらの相互を機能的に関連づける情報伝達分子からなる機能単位である。個々の個体は、活動あるいは経験依存性に種々の能力を獲得し、また、損傷・疾病に対しては修復能力を有する事により、環境に適応し生存を維持する事が出来る。 これらの能力を支える分子基盤には、種々の増殖因子群 (growth factor) が深く関与する。したがって、増殖因子の機能解明は、これらの生体の持つ基本的な生命活動の発現と維持機構の分子基盤への理解を与えることが期待される。 我々が研究の対象としている血小板由来増殖因子 (PDGF) は、間葉系細胞やグリア細胞に対する主たる増殖因子の一つであり、AA、AB、BB、CC、DD の ligand およびαα、αß、ßßからなる receptor より形成されるシステムである。 これらが全身の広い範囲にわたり、種々の比率で発現し、あるいは、刺激に応じた反応性の発現誘導を受け、細胞増殖や分化にとどまらず、発見当時の予想を超えた遥かに多彩で強力な生物活性を有することが推定されるに至っている。我々の研究は、PDGF の有する機能的役割を解明することにより生命現象の理解を進め、健康で活力ある生命活動を推進する為の医療の発展に寄与しようとするものである。


Our body consists of structural components and signal-transduce components, in which, the latter functionally integrates the former one. Each individual can survive owing to the gain of a capability depending on the experiences, and owing to the repair function after various insults. Growth factors are assumed to be deeply involved in these activities.Thus, the study on growth factor should give us an important clue to understand further the molecular basis of our life. The system of platelet-derived growth factor (PDGF), the target of our study, were originally isolated as a system to induce the proliferation of stromal and glial cells, and consists of PDGF-AA, AB, BB, CC and DD, and of the receptor-αα, αß, ßß. These molecules are expressed widely in our body, and are currently assumed to exert more versatile and potent function far more than that was expected initially. Aiming at the progress of medicine, we intend to understand the molecular basis of our life-events through the study on this growth factor.

本研究の領域横断性

PDGF は個体発生や成熟個体における多様な細胞に対して、増殖因子元来の細胞分化・増殖制禦分子として関与する。さらに、我々は最も増殖能力の低い神経細胞において PDGF が豊富に発現する事を見いだし、以来、様々な神経伝達物質のシグナル制禦を通じて神経細胞機能を調節する可能性についての知見の蓄積も示されている。 PDGF 機能の多様性はそれぞれの臓器で固有の機能がある事を予想させ、各臓器について、生理的ないし病的状態、発生および成熟期における解析を行わなければならない。従って、病理形態学、電気生理学、行動解析等の必要となる解析手法の多様性と標的臓器の多様性が本研究に学際的な approach が必要である事を示している。

Figure 1. Over view of PDGF system. Arrows indicate functional linkage between the dimeric forms of ligand and receptor. The depletion of PDGFR-ß should affect the signal transduction of PDGF-AB, BB, CC, and DD, but not AA.

研究内容

これまで作製された PDGF ligand および receptor の null knockout はいずれも致死的となり個体における機能解明が困難であった。現在の研究で、Cre-loxP system に従って PDGF-ß receptor(PDGFR-ß)の conditional knockout mouse を作製した。臓器あるいは

Figure 2. Cre recombinase induces the deletion of the genomic sequence of PDGFR-ß that was franked by two lox P sequences. This DNA recombination results in the depletion of PDGFR-ß protein expression. White boxes indicate exons of PDGFR-ß. Red boxes indicate the exons of PDGFR-ß that were franked by lox P.

細胞特異的に PDGFR-ß 発現を抑制する、あるいは、生後の特定の時期で同蛋白発現を抑制できる model である。mutant mouse の開発と同時に、同 model より分離・培養した皮膚線維芽細胞に於ける細胞遊走や signal 伝達における PDGFR-ß と下流の signal の重要性を報告し、PDGFR-α とは異なった機能を有する事を報告した。また、神経細胞における PDGFR-ß の発現を抑制する事により寒冷傷害や興奮毒性に対して同受容体が保護的に作用することを明らかにする事が出来、神経組織に於けるPDGF発現を見いだして以来提唱した神経賦活因子 (neurotrophic factor)としての役割についての一定の結論を示す事ができた。 現在は、様々な臓器における PDGFR-ß 発現を抑制した後の phenotype の抽出を試みている。解析は、行動を中心とする個体レベルでの研究を始めとして、脳、皮膚、腎臓、骨、骨髄細胞、肺、肝臓、血管等の in vivo あるいはこれらに由来する培養細胞を用いた in vitro 研究を対象としている。 生理的状態と、種々の侵害刺激後の組織・細胞反応を観察している。これらの内、神経組織を例にとっても neuron、glial cell への分化制禦、種々の神経伝達物質が惹起する signal との関連、apoptosis からの保護等解明すべき課題は山積している。 また、脳を除く全身臓器に共通する fibroblast における機能解明は、線維増生(fibroplasia)という臓器を超えた基本的な生体反応の分子基盤の解明、さらには癌の発育制禦への糸口をも与える可能性を含むものである。抽出された phenotype を手がかりとし、これを説明しうる signal cascade の解析を通して関連蛋白を抽出する段階へ発展して行きたい。また、gene chip studyやproteome 解析との組み合わせにより新しい signal cascade の発見に挑戦したい。 末梢神経組織の再生過程における PDGF を中心とする signal 伝達の研究も推進し、knockout model の解析に平行した研究も遂行している。また、他の研究室とのさまざまな共同研究にも積極的に参加し、研究活動を展開している。

参考文献

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