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研究者とテーマ

ICE-FIRSTプロジェクトに参加した研究者とテーマを紹介します。

香川テーマ
テーマの表題 C. elegans発生過程における細胞移動と筋細胞への宇宙飛行の影響
研究者 香川弘昭(岡山大学)、石岡憲昭(JAXA)
テーマの概要

C. elegansは、2つの筋組織を持っている、物を食べるための咽頭筋および移動のための体壁筋である。それらは脊椎動物の心筋および骨格筋に相当する。最近、我々は筋フィラメント遺伝子の欠陥が、筋機能だけでなく筋発生にも影響し異常をきたすことを明らかにした。さらに、これらの突然変異体は、発生過程において異常な生殖巣遠位先端細胞移動を行っている。異常な細胞移動は容易に顕微鏡観察することができる。

この実験において、我々は、筋繊維を産生するが機能の減少および遠位先端細胞の異常な形態を示す突然変異体(unc-15)と正常C. elegansとを比較観察する。

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本田テーマ
テーマの表題 老化に関連する蛋白質の凝集および筋節の分析
研究者 本田修二、本田陽子(東京都老人総合研究所)、石岡憲昭(JAXA)
テーマの概要

筋細胞の蛋白質の折りたたみホメオスタシスに対する宇宙の影響を検討するために、我々は、polyQ-YFP(黄色の蛍光性の蛋白質)を発現する遺伝子組み換え体C. elegans(N2; Punc-54)を使用して、体壁筋細胞の中でのpolyglutamine(polyQ)の凝集を分析する。さらに、体壁筋細胞中で蛍光性の蛋白質を発現する遺伝子組み換え体C. elegansの筋節の方向性、配列を同様に分析する。

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東谷テーマ
テーマの表題 微小重力条件下における減数分裂の染色体ダイナミックスおよびアポトーシスを含む生殖細胞系の発生に関する研究
研究者 東谷篤志(東北大学)、石岡憲昭 (JAXA)
テーマの概要

C. elegansでは、第一減数分裂期の染色体の形態変化、卵母細胞成熟および生殖細胞アポトーシスが観察でき、遺伝アプローチでこれらの現象の基礎となる分子のメカニズムを調べることができる。我々は、野生型(N2)とced(cell death細胞死)突然変異体(ced-1)を使用して、これらの現象に対する微小重力の影響を分析する。
また、宇宙飛行中に固定された微小重力下および1G下のサンプルをDAPIおよびいくつかの抗体で染色し、顕微鏡観察する。

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石岡テーマ
テーマの表題 C. elegansの重力感知と神経系発生におけるGα12/13-RhoGEF (LARG) 系の役割
研究者 石岡憲昭、東端晃 (JAXA)
テーマの概要

我々は血管内皮細胞のGα12/13 -RhoGEF (LARG)系が重力変化により影響され、その結果細胞骨格、特にアクチンの再構成が変化することを見出している。

最近、このGα12/13-RhoGEF (LARG)系がC. elegansにも存在し、神経系の発生に関与することが示唆されている。

この系を中心にC. elegansの重力感受系の理解と神経系発生への重力影響を検討して、Gα12/13-RhoGEF (LARG)系の生理的役割に関しての知見を得る。

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海外の参加研究者と実験テーマの紹介
テーマの表題 ゲノムの安定性に関する研究
研究者 Ann Rose、(University of British Columbia, Canada)
テーマの概要

放射線被曝が宇宙飛行中に増加し、これがC. elegansに変異を誘発することが知られている(G.Nelson)。実際、宇宙放射線は、人間の宇宙飛行への最も大きな障害の1つと見なされている。我々は、C. elegansの遺伝子アレイを利用し、正常な細胞分裂に不可欠な蛋白質、抗原mdf-2、の分布分析から放射線影響を検討する。 (Kitagawa & Rose、1999年)。

宇宙放射線の生物影響を評価するもう1つの方法は、C. elegansゲノム中にあるG-トラックを解析することである。 G-トラックと呼ばれるグルタミンの18あるいはそれ以上の繰り返しユニットをコードしているDNAには、およそ395のストリングがある。これらG-トラックの3分の1が既知のコード領域に隣接した部位に現れる。18の繰り返しが偶然生じる確立は、640億分の1である。それゆえ、これらのストリングの存在や部位がランダムであるとは考えられない。

Roseは、遺伝子dog-1(Gの欠失という意)によってコードされた蛋白質Dog-1がG-トラックの維持のために必要になること、そしてDog-1機能がないためG-トラックを含む遺伝子に欠失が自然に生じることを以前に示している(Cheungら、2002年)。

染色体異常と同様にDog-1突然変異体は多数の遺伝子欠失を示す。Roseは、G-トラックの変異について地上で培養したC. elegansと宇宙飛行した正常体およびDog-1突然変異体とをそれぞれ比較する。

G-トラックがゲノム安定性を維持する際に重要な役割を果たすということ、及び、遺伝子dog-1突然変異体を用いて放射線に対するゲノム傷害の高感度分析ができるという仮説に基づいた実験である。

テーマの表題 筋成長および生存に関する研究
研究者 Catharine Conley(NASA Ames Research Center, USA)、Laurent Segalat(CNRS, Universite Lyon-1, France)
テーマの概要

宇宙飛行の間に宇宙飛行士によって経験された筋萎縮は良く知られている事実である。C. elegansは、筋肉組成や基本的な構成では、ヒトを含む脊椎動物と類似した筋肉を持っている。この研究では、筋機能をコードしている2セットの遺伝子に着目する。最初に、Tropomodulin蛋白質群およびそれ以外の筋収縮に関与する蛋白質の局在を詳しく調べる。哺乳動物において、tropomodulin蛋白質群は筋肉に非荷重あるいは過荷重することに応じてその発現に変化を示す。C. elegansは、2つのTropomodulin遺伝子を持っている。得られるデータは、筋萎縮に関与するTropomodulinのモデル生物(CC1株)として適当であるという予備的な結果を提供するであろう。次に、筋の生存に関与する蛋白質をコードしている遺伝子群の突然変異体の表現型を分析する。そのような蛋白質の1つにDystrophinがある。Dystrophin は、筋ジストロフィー症における変異遺伝子の産物である。筋ジストロフィー症は、遺伝子疾患で、患者は進行性筋壊死に苦しむ。さらにC. elegansの筋生存に影響しているその他の変異体に対する微小重力の影響を検討する。

テーマの表題 宇宙飛行に対して反応するC. elegansの全ゲノムのマイクロアレイ分析
研究者 Catharine Conley (NASA Ames Research Center, USA), Stuart Kim(Stanford University, USA)
テーマの概要

宇宙飛行では、特異的な生理現象、例えば宇宙放射線による放射線傷害の修復や微小重力による筋萎縮、が起こることが認識されている。さらに多くの生理学的現象、免疫の機能障害や老化なども報告されている。しかし、それらは細胞分子のレベルで十分に理解されてはいない。マイクロアレイ分析は、特別の処理に対応してその発現に変化を示す既知の、あるいは新規の遺伝子を理解するのに優れた方法である。提案された実験は、ゲノム中のほぼ全ての遺伝子を探るために設計したマイクロアレイを使用して、RNA発現の分析を行う。マイクロアレイ分析は、特別の遺伝子の機能に関する詳細な情報を提供しないが、どの遺伝子をさらに研究することが面白いのかの効率的な指標として利用できる。なぜなら処理に応じた遺伝子発現の変化を知ることができるからである。
マイクロアレイのデータを用いることによって、a)放射線修復遺伝子はアップレギュレーションする、また、b)筋の特異性や収縮性に関与する遺伝子はダウンレギュレーションする、という2つの仮説を直接検証することが出来る。その分析によって、どの遺伝子が特定の役割を担っているかという情報は得られないが、哺乳動物のデータに基づいた遺伝子発現の変化がC. elegansにおいても確かに反応するということを確認することができる。さらに、「免疫」機能や老化に関与する遺伝子発現の情報を得ることができる。これらの結果は、特定の遺伝子を詳細に解析するための宇宙実験を提案するために優れた予備データになる。どんな研究者も彼らの興味のある遺伝子が処理に応答するかどうか決めるためにマイクロアレイデータをチェックすることができるので、全ゲノムの分析は科学的なコミュニティ全体に有用な資源を供給することになる。
このICE-First実験において、宇宙飛行に曝露され、生きて帰還したC. elegansからRNAを得る。この実験は、RNA分析のために地球への帰還後1-2 時間以内に凍結された試料を必要とする。RNAは、スタンフォードゲノムセンターのキム博士の実験室によって開発された全ゲノムのマイクロアレイを使用して分析される。マイクロアレイ分析のデータはスタンフォードマイクロアレイデータベースにおいて公開、利用可能になる。C. elegansはCC1の混合ステージから準備する。

テーマの表題 宇宙飛行中のC. elegans幼生の発生と形態測定
研究者 Catharine Conley, Beverly Girten (NASA Ames Research Center, USA)
テーマの概要

宇宙飛行は、哺乳動物の発生において幼時期の特定の「臨界期」に影響を及ぼすと思われている。これまでの宇宙飛行でC. elegansは、無事に成長しているが、宇宙飛行がC. elegansの発生に対して致命的ではない影響を及ぼしているかどうかはまだ知られていない。ICE-First実験飛行での使用を提案されている液体培地CeMMの中で、脱皮して次の発育期へ移行するため幼虫は外皮を脱ぐ。脱がれた外皮の長さは、それらが脱皮した時の幼虫の長さを示し、幼虫の発生単位として使用することができる。
この実験においては、生きている状態で帰還したC. elegans培養液中の脱皮された外皮の長さの範囲を測定する。長さデータの分布は、宇宙での発生過程における幼虫の脱皮数および成長進行を示す。Catharine Conleyの実験室において、地上ではCeMM中での発生が正常に進行していることを測定した (論文印刷中)。また、これは宇宙におけるC. elegans発生の最初の分析になる。

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