バイオシグナル研究室


高野和儀 助教 分子細胞生物学、筋肥大・筋再生・シグナル伝達 自然科学系総合研究棟１　807室 ktakano#faculty.chiba-u.jp（#→@）
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すべての細胞現象と生体現象はシグナル伝達により制御されている

当研究室では次のことがらについて，シグナル伝達の見地から研究しています．

  1. 当研究室で発見した M-Ras などの低分子量 G 蛋白質の細胞機能と生体機能，およびその分子機構
  2. 当研究室で発見した DA-Raf の細胞機能，生体機能，がん抑制機能，およびその分子機構
  3. 細胞の分化，分化の可塑性 (脱分化と分化転換) の分子機構
  4. 筋形成・筋再生の分子機構
  5. 細胞内の分子動態に基づくシグナル伝達機構

主な研究テーマ

  1. 低分子量Ｇ蛋白質の細胞機能と生体機能およびその分子機構
  2. DA-Rafの細胞機能，生体機能，がん抑制機能，およびその分子機構
  3. 細胞の分化，分化の可塑性 (脱分化と分化転換) の分子機構
  4. 筋形成・筋再生の分子機構
  5. 細胞内の分子動態に基づくシグナル伝達機構

低分子量Ｇ蛋白質の細胞機能と生体機能およびその分子機構

  • 当研究室では，低分子量 G 蛋白質の M-Ras, RhoD, RhoJ, Rab34 を新たに発見または同定し，これらの細胞機能を解明した．
  • M-Ras は神経成長因子 (NGF) により持続的に活性化され，ERK と CREB を持続的に活性化することにより，NGF による神経細胞分化に働いていた．
  • M-Ras はまた，骨形成蛋白質 BMP2 により活性化され，骨芽細胞分化に働いていた．さらに M-Ras は骨格筋細胞に骨芽細胞への分化転換を引き起こした．この研究は，筋疾患や FOP でみられる骨格筋の異所性の石灰化・骨化の分子機構の解明につながるものである．

    • DA-Rafの細胞機能，生体機能，がん抑制機能，およびその分子機構

  • 当研究室で発見した DA-Raf は，活性化 Ras に結合することにより Ras–ERK 経路を抑制する．骨格筋細胞分化は Ras–ERK 経路により阻害されるため，DA-Raf は骨格筋細胞分化の誘導因子として働いていた．
  • DA-Raf は肺胞形成期に肺胞上皮細胞に高発現して，Ras–ERK 経路を阻害する．これにより MMP カスケードが働き，筋線維芽細胞が分化して肺胞を形成する．このようにして DA-Raf は肺胞形成に働いていた．
  • ヒトのがんの約 30% では Ras の活性化突然変異がみられる．DA-Raf は Ras–ERK 経路を阻害することにより，活性化突然変異 Ras によるがん化に対して，がん抑制蛋白質として働いていた．

    • 細胞の分化，分化の可塑性 (脱分化と分化転換) の分子機構

  • 当研究室では当初から，骨格筋細胞の分化と脱分化についての研究を行ってきたが，これらの研究が，新規の低分子量 G 蛋白質や DA-Raf の発見に結びついた．上述のように，M-Ras は神経細胞分化，骨芽細胞分化，および骨格筋細胞から骨芽細胞への分化転換に働いていた．一方，DA-Raf は骨格筋細胞分化の誘導因子として働いていた．
  • 最終分化をした骨格筋細胞 (筋管細胞) に SV40 large T 抗原遺伝子を発現させることにより，筋管細胞が脱分化をして，細胞分裂をすることを示した．これにより，最終分化細胞は分裂しないというこれまでの概念を覆した．さらに筋管細胞の脱分化の分子機構を明らかにした．

    • 筋形成・筋再生の分子機構

    骨格筋は収縮と弛緩を繰り返すことにより，呼吸や生体の運動など生命活動・生命の維持に不可欠な役割を果たしています。骨格筋の成熟過程は筋再生や筋疾患発症のメカニズムを解明する上で重要な現象です。私たちはアクチン制御因子である N-WASP が筋肥大の過程において筋原線維のアクチン線維形成にかかわることを明らかにしました (Science, 2010)。さらに筋再生過程において膜変形タンパク質である Amphiphysin-2/BIN1 や Dynamin2 と協調したアクチン動態制御が骨格筋の成熟を制御するものと考えて，遺伝子改変動物などを用いた研究に取り組んでいます。

    細胞内の分子動態に基づくシグナル伝達機構

    すべての生物にはみずからの活動を絶えず環境変化に順応させる能力があります。これを可能にする『細胞内シグナル伝達』は外界の情報を受容体が受け取り細胞内に伝達する一連の生化学反応とその制御であると定義付けられます。すなわち，細胞内シグナル伝達の制御が破綻することにより疾患が誘導されると考えられます。私たちは細胞増殖や細胞分化，がん化にかかわるRas-ERK経路に着目し，この経路を構成するシグナル分子に蛍光タンパク質を付加させて生きた細胞へ発現させ，生理的条件下で連続的な分子動態を観察・計測 (live-cell imaging) することにより，新たなシグナル伝達の制御様式の解明を目指しています。

    最近の研究業績

    原著論文

    1. Kanno E, Kawasaki O, Takahashi K, Takano K, Endo T (2018) DA-Raf, a dominant-negative antagonist of the Ras–ERK pathway, is a putative tumor suppressor. Exp Cell Res 362: 111–120.
    2. Watanabe-Takano H, Takano K, Hatano M, Tokuhisa T, Endo T (2015) DA-Raf-mediated suppression of the Ras–ERK pathway is essential for TGF-β1-induced epithelial–mesenchymal transition in alveolar epithelial type 2 cells. PLoS One 10: e0127888.
    3. Watanabe-Takano H, Takano K, Sakamoto A, Matsumoto K, Tokuhisa T, Endo T*, Hatano M* (2014) DA-Raf-dependent inhibition of the Ras–ERK signaling pathway in type 2 alveolar epithelial cells controls alveolar formation. Proc Natl Acad Sci USA 111: E2291–E2300. (* Corresponding authors)
    4. Koizumi K, Takano K, Kaneyasu A, Watanabe-Takano H, Tokuda E, Abe T, Watanabe N, Takenawa T, Endo T (2012) RhoD activated by fibroblast growth factor induces cytoneme-like cellular protrusions through mDia3C. Mol Biol Cell 23: 4647–4661.
    5. Takano K, Watanabe-Takano H, Suetsugu S, Kurita S, Tsujita K, Kimura S, Karatsu T, Takenawa T, Endo T (2010) Nebulin and N-WASP cooperate to cause IGF-1-induced sarcomeric actin filament formation. Science 330: 1536–1540.
    6. Yokoyama T, Takano K, Yoshida A, Katada F, Sun P, Takenawa T, Andoh T, Endo T (2007) DA-Raf1, a competent intrinsic dominant-negative antagonist of the Ras–ERK pathway, is required for myogenic differentiation. J Cell Biol 177: 781–793.
    7. Kawamura K, Takano K, Suetsugu S, Kurisu S, Yamazaki D, Miki H, Takenawa T, Endo T (2004) N-WASP and WAVE2 acting downstream of phosphatidylinositol 3-kinase are required for myogenic cell migration induced by hepatocyte growth factor. J Biol Chem 279: 54862–54872.
    8. Abe T, Takano K, Suzuki A, Shimada Y, Inagaki M, Sato N, Obinata T, Endo T (2004) Myocyte differentiation generates nuclear invaginations traversed by myofibrils associating with sarcomeric protein mRNAs. J Cell Sci 117: 6523–6534.
    9. Sun P, Yamamoto H, Suetsugu S, Miki H, Takenawa T, Endo T (2003) Small GTPase Rah/Rab34 is associated with membrane ruffles and macropinosomes and promotes macropinosome formation. J Biol Chem 278: 4063–4071.
    10. Abe T, Kato M, Miki H, Takenawa T, Endo T (2003) Small GTPase Tc10 and its homologue RhoT induce N-WASP-mediated long process formation and neurite outgrowth. J Cell Sci 116: 155–168.
    11. Endo T (2015) Molecular mechanisms of skeletal muscle development, regeneration, and osteogenic conversion. Bone 80: 2–13.
    12. Endo T (2007) Stem cells and plasticity of skeletal muscle cell differentiation: potential application to cell therapy for degenerative muscular diseases. Regen Med 2: 243–265.

    総説

    1. 遠藤 剛 (2012) IGF-1シグナリングによる筋形成とその破綻による筋疾患．「実験医学」増刊号「シグナル伝達研究最前線 2012」（井上純一郎，武川睦寛，徳永文稔，今井浩三　編）羊土社．pp. 148–156.
    2. 遠藤 剛，高野和儀 (2006)．筋形成・筋再生とWASPファミリー．「実験医学」増刊号「形と運動を司る細胞のダイナミクス」（竹縄忠臣，遠藤 剛　編）羊土社．pp. 216–224.
    3. 遠藤 剛 (2006)．細胞遊走：その様式と分子機構．「実験医学」増刊号「形と運動を司る細胞のダイナミクス」（竹縄忠臣，遠藤 剛　編）羊土社．pp. 86–91.
    4. 渡邊晴子，高野和儀，遠藤 剛 (2006)．Rhoファミリー：細胞骨格と細胞遊走のマスター制御因子．「蛋白質　核酸　酵素」増刊「細胞骨格と接着」（貝淵弘三，稲垣昌樹，佐邊壽孝，松崎文雄　編）共立出版．pp. 683–692.

    著書

    1. Endo T, Takano K (2015) Actin filament formation in myofibrils and cell protrusions regulated by signal transduction. In Protein Modifications in Pathogenic Dysregulation of Signaling (Inoue J, Takekawa M, eds.) Springer. pp. 287–307.
    2. Sun P, Endo T (2005) Assays for functional properties of Rab34 in macropinosome formation. In Methods in Enzymology, Vol. 403: GTPases Regulating Membrane Targeting and Fusion. (Balch WE, Der CD, Hall A, eds.) Elsevier Academic Press. pp. 229–243.
    3. Endo T (2002) Reversal of terminally differentiated state in skeletal myocytes by SV40 large T antigen. In Reactivation of the Cell Cycle in Terminally Differentiated Cells (Crescenzi M, ed.) Landes Bioscience. pp. 63–75.
    4. Endo T, Nadal-Ginard B (1989) SV40 T antigen induces reentry of terminally differentiated myotubes into the cell cycle. In Cellular and Molecular Biology of Muscle Development (Stockdale F, Kedes L, eds.) Alan R. Liss, Inc. pp. 95–104.