ショウジョウバエ発生の分子機構

　受精卵から複雑な体制をした個体が形成されるダイナミックな発生過程は、生物学の中でも特に興味をそそる現象でしょう。当研究室では、発生過程における細胞増殖・分化・形態形成などを制御する分子機構について、ショウジョウバエ・モデル系を中心に個体レベルでの研究を行なっています。これは、同種においては遺伝学・発生生物学・分子生物学などがよく発達しています。そして、その生物学的特性を利用したゲノム操作など、さまざまな実験手法を用いることによって、遺伝子機能を直接個体レベルで解析することが、他の生物種に比べて容易だからです。
各生物種ごとに、特定の期間に固有の大きさと形態をした個体が形成されます。また、各組織や器官の大きさ・形もほぼ一定しています。これはどのような仕組みによって制御されているのでしょうか？これを解明するために当研究室では、個体の発育速度が遅くなるとともに、細胞・個体サイズも小さくなるショウジョウバエ突然変異体を分離し、解析を進めつつあります。この原因遺伝子をクローニングしたところ、C末端側の約150アミノ酸残基の領域は進化的に保存されており、酵母や線虫・ヒトなどにも存在すること、ショウジョウバエでは遺伝子ファミリーを構成することが明らかになりました。酵母の遺伝子は、ミトコンドリア内膜に局在してタンパク質の移送や膜ポテンシャルの維持に関わる因子をコードすることが報告されましたが、ショウジョウバエ遺伝子産物もミトコンドリアに局在することから、これのオーソログと考えられます。つまり、ミトコンドリア生成や機能の異常によるエネルギー産生低下により、発育異常が生じたものと考えられるわけです。さらに、この突然変異を増強する突然変異の検索を行うことで、ミトコンドリアによるエネルギー産生情報を伝達して、増殖制御を行うシグナル伝達経路の解明を進めつつあります。面白いことに、この突然変異体では、精子形成にも異常が見られます。また、この遺伝子ファミリーの他の２つの遺伝子は精巣特異的に発現しており、これらはエネルギー産生というハウスキーピングな機能の他に、精子形成という発生現象にも深く関わっていると考えられる訳です。現在、これらの精子形成過程における機能と互いの機能分化についても解析しつつあります。
さらに、これら遺伝子は進化の過程で保存されてきたフォスファターゼのスーパーファミリーを構成していることがわかりました。これらの遺伝子についても、突然変異体を分離したり、遺伝子導入系統を作成したりして、機能を明らかにしようとしているところです。そして、精子形成、卵形成、翅のパターン形成などに関わるBMP/Dppシグナル伝達経路の新しい負の因子をコードしていることが明らかになりつつあります。また、ショウジョウバエを用いた自然免疫系シグナル伝達経路の研究も行っています。

昆虫発育のホルモン調節

　昆虫の発育は、幼虫の成長と周期的な脱皮、そして蛹・成虫への変態により特徴づけられます。また休眠と呼ばれる環境適応的な長期発育中断も一般的にみられます。このような昆虫の発育の諸相は基本的には前胸腺が分泌するホルモン、エクジステロイドにより支配されていますが、エクジステロイドの分泌時期の決定や量的調節のしくみはよくわかっていません。当研究室では、昆虫の発育調節のしくみを明らかにする目的で、カイコやヨトウガなどを実験材料として、（１）前胸腺刺激ホルモンや他の神経分泌ホルモン類による前胸腺活性調節のしくみ、（２）環境依存的な蛹休眠誘導と覚醒のメカニズム、（３）昆虫インスリンと昆虫IGFによる成長調節、などの研究を行っています。

西田教授と研究室のメンバー