当研究室は、動物細胞、特に神経細胞を材料に、細胞の運命制御メカニズム を分子レベルで理解することを目指している。

1. はじめに
2. 細胞の生死及び運動性の制御
3. 神経系前駆細胞の運命制御

1.はじめに

   生物の発生過程において、細胞は増殖と生死を厳密に制御されながら、様々な形質を持った細胞へと分化していく。また発生後の成体においても、個々の細胞の増殖・分化・細胞死は、個体としての恒常性を保つために厳密に制御されている。この個々の細胞運命は、基本的に細胞外シグナルが細胞膜上の受容体を介してコントロールしていることが多いが、我々は、受容体に始まる「細胞内シグナル伝達」がいかに情報を核に伝え、遺伝情報の制御に結びつけているのか、に注目している。我々のグループは、「細胞内シグナル伝達」において中心的な役割を果たしている MAPキナーゼのカスケード の同定に貢献し、その制御機構を明らかにしてきた。MAPキナーゼカスケードは、原癌遺伝子Rasの下流で活性化し細胞増殖シグナルとして働くだけでなく、様々な分化のシグナル伝達においても重要な役割を果たしている。MAPキナーゼカスケードが脊椎動物だけでなく、酵母・植物・無脊椎動物など広範な生物種で共通に用いられている「シグナル伝達モジュール」であることも分かってきた。また、MAPキナーゼのスーパーファミリー（JNK, p38など）の中には、ストレスに応答してアポトーシス（細胞の自殺）に関わるものがあることも示してきた。しかしながら、個々の現象を引き起こすときのMAPキナーゼのターゲットについては未だ必ずしも明らかではない。我々は特に細胞の生死と細胞癌化におけるシグナル伝達に注目して解析を行っている。

2.　細胞の生死及び運動性の制御

   細胞の生死の制御がうまくいかなければ、必要な細胞が死んだり、死ぬべき細胞（例えばDNA損傷を受けた細胞、ウイルスに感染した細胞やガン細胞）が死ななくなって、個体の生命を脅かす。細胞の生死は、 「生存シグナル伝達」 と「死シグナル伝達」のバランスによって巧妙に制御されているが、我々はこのメカニズムの解明に取り組んでいる。
   線虫から哺乳類まで進化的に保存されているアポトーシスのコアプログラムは、カスペースと呼ばれるプロテアーゼを中心としており、タンパク質分解を介して「不可逆的に」細胞死を誘導する。線虫のプログラム細胞死では、体細胞のうちどの細胞が死ぬかがあらかじめ決定している。一方哺乳類では、周囲の環境や受けたダメージの程度を総合的に判断し、細胞が死ぬか否かを決めるための「可逆的プロセス」が存在し、不可逆的なカスペース経路を制御すると考えられる。我々は、細胞の生死決定に関わる、リン酸化を代表とした「可逆的プロセス」に注目し、現在以下の点を検討している。

(1) Aktによる生存促進メカニズムと癌化への貢献

    Akt は多くの系で生存促進に中心的な役割を果たすことが示されている。Aktはセリン/スレオニンキナーゼであるが、基質に関しては幾つか候補があるものの未だAktによる生存促進メカニズムの全容は明らかではない。我々は、Aktの作用点として、 図に示した複数のターゲットを明らかにしつつある。このようにAktは、アポトーシスシグナル伝達の複数のステップを同時に抑制することで確実に生存を保証しているものと考えられる。

   Aktは原癌遺伝子として同定され、実際に多くの癌組織でAktの活性化が見られており、癌化との深い関連が示唆されている。一般的に癌化促進機構として、1. 増殖促進、2. 生存促進、3.運動性・ 浸潤性の上昇、4. 血管新生、5. 不死化、などが挙げられるが、Aktがどの要因で癌化に貢献しているか必ずしも明らかではない。我々は、上記の生存促進だけでなく、 運動性の上昇 など、Aktによる癌化のメカニズムに関して別の角度からも検討している。

(2) JNK依存的な細胞死誘導メカニズムとその生理的意義

   JNKは様々なストレス刺激で共通に活性化するセリン/スレオニンキナーゼである。我々を含めた幾つかのグループは、JNK経路がストレスによるカスペース経路の活性化に重要な役割を果たしていることを示してきた。さらに我々は、 JNK経路の活性化が、カスペース非依存的細胞死を誘導しうる ことを示した。そこで現在、JNKの(i)カスペース活性化におけるターゲット、及び(ii)カスペース非依存的細胞死におけるターゲット、を検討している。近年、様々な発生過程や病理的細胞死の過程にカスペース非依存的な細胞死が関与することがわかってきた。そこで、JNK経路がこれらの過程に関与するかどうかを含め、JNK依存的細胞死の意義について検討している。
→JNKによる細胞死誘導機構の解析

３．神経系前駆細胞の運命制御

  
　

神経系前駆細胞(neural precursor cells) は、未分化で自己複製能を有し、様々なニューロンやグリア(アストロサイト、オリゴデンドロサイト）に分化する能力を維持している細胞である。大脳皮質の神経系前駆細胞は、まず胎生早期にある程度自己複製（未分化なまま増殖）し、その後一部が胎生後期にニューロンへと分化して、一部が出生後にグリアへと分化することが知られている。この自己複製から分化へと運命変換するタイミングの調節は、適正な数のニューロンとグリア細胞を産み出すのに非常に重要であるが、その制御メカニズムは殆ど明らかになっていない。我々は、胎生早期の大脳神経系前駆細胞において、NotchシグナルとFGFシグナルがSTAT3を活性化し、STAT3がこれらのシグナルによる神経系前駆細胞の自己複製能の促進に必須の役割を果たすことを明らかにした。しかし、同じSTAT3は胎生後期の大脳神経系前駆細胞においてはアストロサイト分化を促進することが知られている。また我々は、早期の大脳皮質神経系前駆細胞では自己複製を促進するWntシグナルが、後期では自己複製をむしろ阻害しニューロン分化を促進することを見出した。更に我々は、早期の大脳神経系前駆細胞では自己複製の促進に働くと考えられているPDK1-Akt経路が、やはり後期では特定のニューロン分化に関与することも明らかにした。そこで現在同じ場所の神経系前駆細胞が、時期だけの違いでなぜ異なるシグナル応答性を示すのかを検討している。この問題は、自己複製から分化に移行するタイミングを決めるメカニズムの理解に直結すると考えており、更にこのような神経系前駆細胞の性質の理解が将来の再生医療の基盤となると考えている。
　神経変成疾患で失われたニューロンを、神経系前駆細胞を用いて補うという再生医療の試みが始まっている。しかしながら、大量に必要な神経系前駆細胞の供給源を得る為に、in vitroで神経系前駆細胞を培養し増殖させても、分裂回数を重ねるに伴って自己複製能を失い、特定の分化形質にコミットしてしまうことで、必要なニューロンが得られないというのが、現状における非常に大きな問題である。この点に対処・克服するためにも、「分裂回数を重ねることで何が起きているのか」を理解することが重要な課題である。
初期の神経系発生において非常に多くの細胞が死ぬ ことが知られている。この細胞死を例えばカスペース９の遺伝子破壊によって抑制すると、特に未分化な神経系前駆細胞が多くなりすぎて脳が異常に肥大する。このことは、神経系前駆細胞の死が正常な神経系の発生に必須であることを端的に示していると言える。
    我々は、神経系前駆細胞の生存をNotchシグナルが促進すること（興味深いことに、未分化性維持とは別の経路で！）を見出している。、