yrammuS 要概久原 篤49Atsushi KUHARAXDHが機能する介在ニューロンの上流で機能する想定外の温度を感じるための分子機構(2019採択)Novel molecular mechanisms on temperature sensation in neurons upstream of XDH functioning interneuron(Project 2019)47Rep. Grant. Res., Asahi Glass Foundation (2022)動物の温度応答のひとつである線虫C. elegansの低温耐性現象は動物の温度応答を個体レベルで容易に確認できる実験系である．この低温耐性において，頭部の2対の温度受容ニューロンと腸と精子からなる生体ネットワークが重要であることが見つかってきた．本稿では，DEG/ENaCタイプのメカノ受容体が温度を受容し，個体の低温耐性を制御していることを紹介する．低温耐性が低下する新規変異体の原因遺伝子を同定したところ，キサンチンを尿酸に分解するキサンチンデヒドロゲナーゼ(XDH-1)であった．xdh-1変異体の低温耐性の低下は，2つの介在ニューロン(AINとAVJ)でxdh-1遺伝子を発現させることで回復した．これらの介在ニューロンの上流に位置する温度受容ニューロンを同定するために，神経回路情報を調べたところ，多数のメカノ受容ニューロンが存在していた．そこで，メカノ受容体やメカノ感覚ニューロンの発生の変異体で低温耐性を解析したところ，低温耐性異常が見られた．そのなかでも特に，DEG/ENaCタイプのメカノチャネルであるDEG-1の変異体において，強い低温耐性の低下が見られたため，DEG-1に焦点を当てて解析を進めた．カルシウムイメージング解析からDEG-1が発現しているASG感覚ニューロンが，温度に応答する温度受容ニューロンであることが示唆された．ASGの温度応答性はdeg-1変異体において顕著に低下しており，この異常はdeg-1変異体のASG特異的にDEG-1を発現させることで回復した．さらに，DEG-1を温度を受容しない味覚ニューロンASEに発現させたところ，ASEが温度に応答するようになった．また，アフリカツメガエルの卵母細胞にDEG-1またはヒトのMDEGを発現させ，実際に温度を受容しているかを電気生理学的に検証したところ，温度応答性が見られた．以上の結果からメカノ受容体DEG/ENaCが個体の温度耐性を制御していることが示唆された．Sensing temperature is essential for surviving and proliferating under continual environmental temperature changes. We are studying about molecular mechanism of temperature sensation by using cold tolerance of nematode C. elegans as a simple model. Wild-type worms can not survive at 2 degree after cultivation at 20-25 degree, however, 15 degree-cultivated animals can survive at 2 degree. We show here that mechanore-ceptor DEG-1, Degenerin/ Epithelial Sodium Channel (DEG/ENaC) type, has a role to play as temperature receptor in cold tolerance. Xanthine dehydrogenase (XDH-1) regulates cold tolerance in AIN and AVJ in-terneurons, and these neuronal activities in response to temperature were abnormal in xdh-1 mutants. AIN and AVJ interneurons mainly connect with mechanoreceptor-expressing neurons containing the ASG sensory neuron, while also the genetic epistasis analysis demonstrated that mechanoreceptor deg-1 regulates cold tol-erance upstream of xdh-1 gene. Ca2+ imaging revealed that the ASG sensory neuron showed decreased-re-sponse to temperature through unfunctional DEG-1. Furthermore, the ASE, a non-thermosensitive gustatory neuron, acquired thermosensitivity by expressing DEG-1 ectopically. In addition, two-electrode volt-age-clamp recording by using Xenopus oocytes demonstrated thermal stimulus evoked internally-directed current in the oocytes expressed with DEG-1 or its human homolog MDEG, suggesting that DEG-1 and MDEG have the ability to sense temperature as temperature-sensitive channels. Altogether, DEG-1, a DEG/ENaC type mechanoreceptor acting as a temperature receptor regulates cold tolerance.
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