研究室・教員

細胞成長学 (西村隆史研究室)

研究・教育の概要

多くの多細胞生物は、成長過程において器官や体の大きさが遺伝学的に決められています。一方で、細胞の増殖や発育のタイミングは、温度や栄養源という外部環境によっても影響を受けます。一定の姿形を持つ動物の発育は、外界シグナルに対する感知システムと、それに対する組織間シグナル伝達により、柔軟に適応できるようになっています。本研究室では、ショウジョウバエと哺乳類培養細胞をモデル系として、代謝制御による成長と発育タイミングの制御機構について研究を行っています。特に、生化学および遺伝学的なアプローチで、栄養源認識システムと細胞間シグナル伝達の実体について、体系的な理解を目指しています。

主な研究テーマ

内分泌ホルモンによる個体成長と発育タイミングの制御

ショウジョウバエは幼虫期において、栄養依存的に数百倍の大きさに成長します。ある一定の大きさに成長すると、末梢組織のサイズや貯蔵栄養分など、様々な要因による制御機構により、幼虫は摂食を停止し、蛹期への変態が誘導されます(図1)。個体成長と発育のタイミングは、インスリンやステロイドホルモンを中心とした内分泌シグナルにより、厳密に制御されています(図2)。私たちは、栄養依存的な個体成長と、成長に伴う発育タイミングの制御に関わるシグナル伝達機構を解析しています。また、成長を促進する内分泌ホルモンの発現を誘導する餌中の栄養成分の同定や内在的・外来的要因の関わりについて解析しています。

発育進行と環境適応における糖代謝の重要性

生物個体の発育過程において、成長と代謝、そして発育タイミングが複雑に関わり合い、最終的な生物個体のサイズが規定されます(図1)。私たちは、発育進行と環境適応における、糖代謝の重要性と内分泌ホルモンによる代謝調節の仕組みを解析しています。特に血糖トレハロースと貯蔵糖グリコーゲンに着目し、幼虫期から非摂食期である蛹期への発育進行における生理的役割を解析しています。

神経幹細胞の分裂開始と停止機構

発生過程において、組織は時期特異的に増殖分化を行います。私たちは、発生過程特異的な細胞増殖の制御機構を理解することを目的とし、ショウジョウバエ神経幹細胞に着目しています。ショウジョウバエの成虫脳は神経幹細胞を持たず、全ての神経細胞は幼虫期と蛹期に生み出されます(図3)。神経幹細胞がどのような機構で分裂を開始し、また分裂を止めるのか、中枢脳神経幹細胞をモデル系として解析を行っています。

図1
(図1) ショウジョウバエ発育過程における成長曲線。生物の大きさは成長率と成長期間により規定される。成長は外来的要因により影響を受けるが、内分泌ホルモンによる調節で柔軟に適応できる仕組みを備えている。
図2
(図2) 個体成長に異常をきたすショウジョウバエ変異体。成長促進作用のあるインスリン欠損個体では、体サイズが小さくなる。脳インスリン産生細胞(IPCs)除去個体とインスリン受容体(DInR)変異体を示す。
図3
(図3) ショウジョウバエ幼虫の大脳組織。神経幹細胞を緑色、インスリン産生細胞(IPCs)を赤色で示す。

主な発表論文・著作

  1. Yoshida M. et al., Sci Rep, 6, 30582, 2016
  2. Okamoto N. et al., Dev Cell, 35, 295-310, 2015
  3. Matsuda H. et al., J Biol Chem, 290, 1244-1255, 2015
  4. Okamoto N. et al., Genes Dev, 27, 87-97, 2013
  5. Okamoto N. et al., PNAS, 109, 2406-2411, 2012
  6. Wirtz-Peitz F. et al., Cell, 135, 161-173, 2008
  7. Nishimura T. et al., Dev Cell, 13, 15-28, 2007
  8. Nishimura T. et al., Nat Cell Biol, 7, 270-277, 2005
  9. Nishimura T. et al., Nat Cell Biol, 6, 328-334, 2004
  10. Nishimura T. et al., Nat Cell Biol, 5, 819-826, 2003