2.

研究手法と成果

研究グループはまず小胞体ストレスに曝された細胞を蛍光によって見分ける実験系の確立を目指しました。そこでXBP1遺伝子と蛍光タンパク質をコードするVenus遺伝子とを連結した人工遺伝子（ERAI遺伝子とよんでいる）を作製しました。このERAI遺伝子は本来のXBP1遺伝子と同様に小胞体ストレスを感知したIRE1にスプライシングされ、活性化されるようにデザインされています（図3）。遺伝子組換え技術を用いて、このERAI遺伝子を培養細胞に導入すると、小胞体ストレスによって細胞を光らすことができました。次に、このERAI遺伝子をマウス受精卵に注入し、トランスジェニックマウス、つまりERAIマウス、を作製しました。培養細胞を用いた実験と同様に、人為的な小胞体ストレスをこのERAIマウスに与えた場合、腎臓をはじめとする多くの臓器・組織からVenus由来の蛍光が観察されました（図4）。この結果 は当初の目的である「小胞体ストレスに曝された細胞を蛍光によって見分ける実験系の確立」を動物個体レベルで達成したことを意味しています。 　このERAIマウスは動物個体の生理レベルでの小胞体ストレスに関する新たな知見も与えてくれました。生後16日以降、このERAIマウスの膵臓は人為的な小胞体ストレスがなくても強い蛍光を発します。また、少なくとも25週齢を過ぎたERAIマウスの筋肉ではやはり人為的な小胞体ストレスがなくても強い蛍光を発します。通 常、小胞体ストレスは分泌タンパク質や膜タンパク質の合成が盛んな組織で生じると考えられていました。その意味では、分泌タンパク質であるホルモンや消化酵素を産生する膵臓での小胞体ストレスは当然のように思われますが、ある週齢を境にした小胞体ストレスの発生は知られていませんでした。メカニズムの解明については今後の課題になりますが、わたしたちの発見は膵臓の成熟や筋肉の老化などと小胞体ストレスになんらかの関係があることを示しているのかもしれません。

3.

今後の展開

神経細胞は神経伝達物質やその受容体を多く合成します。膵臓は血糖値に反応してインシュリンを大量 に分泌し、免疫細胞は異物が生体に入ったときに大量の抗体を産生します。これらの分泌タンパク質や膜タンパク質は全て小胞体を経由して合成されますが、合成が盛んな細胞では小胞体のタンパク質品質管理機構がフル稼働しています。この小胞体での品質管理機構に破綻がくると様々な疾患になることが示唆されています。これまでに報告されている小胞体ストレス関連疾患は数多くあり、難病とされるアルツハイマー病、パーキンソン病およびポリグルタミン病などの神経変性疾患や糖尿病などが含まれます。今後は多くの疾患モデルマウスとERAIマウスとを交配させ、それにより得られるマウスの詳細な解析を通 じ、特定の疾患と小胞体ストレスとの関連性が明らかになると期待しています。疾患との関連が明らかになれば、その治療薬開発にもERAIマウスはその有用性を発揮するかもしれません。また、ERAIマウスの発生・成熟・老化過程を丹念に調査することで、生理環境下における小胞体ストレス発生機構の解明にもアプローチしていきたいと考えています。さらに、環境汚染や食品などと小胞体ストレスとの関係解明を目的としてERAIマウスを利用していくことも計画しています。

<語句説明>
ＶＥＮＵＳ（※１）
	アミノ酸置換を導入して作製した改変ＧＦＰの名称。世界で最も明るく、「金星」にちなんで「Venus（ヴィーナス）」と命名された。従来の改変ＧＦＰと比較して、大腸菌内で３０〜１００倍、ほ乳類の細胞内で ３〜１００倍の明るさを達成し、通常の装置でも十分検出可能な蛍光を提供できる。ヴィーナスの詳細については、理研ホームページをご覧ください。 http://www.riken.jp/r-world/info/release/press/2001/011229/index.html
スプライシング（※２）
	ＤＮＡから転写されたＲＮＡのうち、不必要な部分が切り取られる過程のこと。この反応を経て活性のあるメッセンジャーRNAが完成する。スプライシングによって切断除去される部分をイントロンとよび、メッセンジャーRNAになる部分をエキソンとよぶ。

小胞体ストレスを受けた細胞は小胞体機能を回復させるために主に3つの小胞体ストレス応答を引き起こします。UPR（unfolded protein response）は小胞体内の変性タンパク質を正常な構造に戻すための小胞体シャペロン遺伝子を活性化させる反応です。また翻訳抑制は新たなタンパク質合成を抑えることで小胞体の負担を軽減します。ERAD（ER associated protein degradation）は小胞体内の変性タンパク質を積極的に分解除去することで小胞体の機能を正常化するように働きます。これらの働きによっても回復しない場合には、細胞は死ぬ ことになります。

UPR応答においてIRE1とよばれる小胞体膜タンパク質は小胞体ストレスのセンサー分子として機能します。動物細胞の場合、このIRE1が小胞体ストレスを感知すると、スプライシングとよばれる細胞内反応を介してXBP1遺伝子の活性化を引き起こすことがわかってきました。活性型のXBP1タンパク質は小胞体シャペロン遺伝子の活性化を促します。

XBP1遺伝子とVenus遺伝子を連結したERAI遺伝子は全てのマウス全身で発現されるよう設計されています。ERAI遺伝子を持つ細胞や動物が小胞体ストレスを受けないとき、スプライシングが起きないためERAI遺伝子は活性化されず光りません（左の経路）。しかし、小胞体ストレスを受けるとき、スプライシングが生じ、ERAI遺伝子が活性化されるため、細胞や動物は光るようになります（右の経路）。

ERAIマウスの腎臓の写真。左側の写真は人為的な小胞体ストレスを与えていないもの。一方、右側の写 真は人為的な小胞体ストレスを与えているもの。上側の写真は通常の光学系を用いて撮影したもの。下側の写 真は特殊な光学系を用いて緑色の蛍光だけを撮影したもの。人為的小胞体ストレスを与えたERAIマウスの腎臓は明るい緑色の光を放っています。膵臓は人為的小胞体ストレスがなくても光っていました。