今日の話題 - J-Stage

化学と生物 Vol. 50, No. 5, 2012

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今日の話題

甘味 ， 旨味 ， 苦味細胞産生の必須因子 Skn-1a

味細胞種の分化機構の一端が明らかに

味覚は食物中の化学物質を感知することで生じる感覚 である．脊椎動物では，口腔内上皮層に分布する味蕾と 呼ばれる感覚器中の味細胞で受容されて生じる化学感覚 を味覚と呼ぶ．味覚には様々な「味」があり，ヒトの感 覚心理学的解析から，甘味，旨味，苦味，酸味，および 塩味の5つが基本味であると考えられている．生体の維 持に必要な糖質（甘味），タンパク質（旨味），ミネラル

（塩味）は好ましい味として，毒物（苦味）や毒物を産 生する細菌類が繁殖している腐敗物（酸味）は好ましく ない味として認識されるように，食物の選別・識別を行 ない，摂食行動を決定するというのが味覚の生物学的意 義と考えられている．

この十数年における齧歯類を用いた分子遺伝学的研究 から，基本味は互いに異なる味細胞種の活性化により生 じることが明らかとなっている．甘味細胞には甘味受容 体（T1R2*¹とT1R3のヘテロ会合体），旨味細胞には旨 味受容体（T1R1とT1R3のヘテロ会合体），苦味細胞に は複数の苦味受容体T2R分子種が発現しており，受容 体の下流ではいずれもPLC-

β

2*²_{およびTRPM5}*³_が細胞 内情報伝達に必須の分子として機能している^（1）．酸味や 塩味の受容体分子は未だ不明だが，酸味細胞はPK- D2L1*⁴_やCar4*⁵_{を発現する細胞であり}^（1, 2）_{，一部の塩} 味の受容に関わる味細胞はENaC*⁶

α

, 

β

, 

γ

 すべてのサブ

ユニットを発現する細胞である^（3）．

上皮由来の組織である味細胞の寿命は数週間程度であ り，他の上皮組織と同様に味蕾も味細胞のターンオー バーにより維持されている．したがって，種々の味細胞 が一定の割合で味蕾に存在するようターンオーバーが正 常に機能することが，常時様々な味を感じ識別すること に役立っていると考えられる．しかし，味細胞のターン オーバーに関する知見は乏しく，その系譜や分化の詳細 は不明であった．筆者らは味細胞の一部に発現する Skn-1aの機能を解析し，味細胞の系譜や分化機構の一 端を明らかにした^（4）．

筆者らはこれまでに，有郭乳頭から摘出した味蕾，味 蕾摘出後の有郭乳頭上皮，有郭乳頭周辺の非乳頭上皮そ れぞれに発現する遺伝子を網羅的に解析し，舌上皮層に おいて味蕾特異的に発現する遺伝子の情報を取得してい る^（5）．これら味蕾特異的遺伝子の中に，POUホメオド メインタンパク質をコードする遺伝子 が含まれて いた． にはN末端の構造が異なるDNA結合型の Skn-1aおよびDNA非結合型のSkn-1iがコードされてい る^（6）．それぞれの転写産物に特異的な配列を用いた発現 解析の結果，味蕾には  mRNAのみが発現してい ることがわかった．さらに，味細胞マーカーとの発現相 関解析により，  mRNAが甘味，旨味，苦味細胞 特異的に発現していることが明らかとなった．Skn-1a,  Skn-1iは皮膚細胞の再生・分化に関与していることか ら^（7），Skn-1aが甘味，旨味，および苦味細胞の分化を 制御していることが示唆された．

今日の話題

*¹T1R2 : taste receptor type 1 member 2, *²PLC-β2 : phospho- lipase  C-β2, *³TRPM5 : transient  receptor  potential  M5, 

*⁴PKD2L1 : polycystic kidney disease 2-like 1, *⁵Car4 : carbonic  anhydrase 4, *⁶ENaC : epithelial Na channel

化学と生物 Vol. 50, No. 5, 2012 313

今日の話題

味蕾におけるSkn-1aの機能を解析するため， 遺 伝子のジーンターゲティングを行ない，機能をもった Skn-1aを発現できない ^−/−マウスを作製した．水 と味溶液のどちらを多く摂飲するかという二瓶選択試験 を行なったところ，野生型マウスは甘味物質や旨味物質 に嗜好性を示し，苦味物質を忌避したが， ^−/−マ ウスでは甘味物質や旨味物質に対する嗜好行動や苦味物 質に対する忌避行動が観察されなかった．また，味神経 を含む神経束の味刺激に対する電気応答を調べたとこ ろ， ^−/−マウスでは，甘味，旨味，苦味物質に対 する応答が消失していた（図1_{）．これらの解析から，}

Skn-1aが味蕾において甘味，旨味，苦味を感知するた めに必要な因子であることが明らかとなった．

Skn-1aと同様に，味細胞の細胞内情報伝達を担うエ フ ェ ク タ ー 分 子PLC-

β

2や 陽 イ オ ン チ ャ ネ ル 分 子 TRPM5も甘味，旨味，苦味受容に必須であり，これら の機能消失マウスは甘味，旨味，および苦味を感知でき ない^（8）．Skn-1aは転写因子であることから， ^−/−

マウスではPLC-

β

2やTRPM5など甘味，旨味，苦味受 容に共通して必要な因子の転写が行なわれないためにこ れらの味を受容できなくなっている可能性が考えられ る．そこで， ^−/−マウスの味蕾における甘味，旨 味，苦味細胞に発現する遺伝子の発現を調べた．その結 果，PLC-

β

2やTRPM5のほか，甘味，旨味，苦味の一 部の受容にのみ必要な因子，たとえば甘味旨味受容体 T1R3，苦味受容体T2Rs，Gタンパク質Ggustなどの遺

伝 子 発 現 も 完 全 に 消 失 し て い た．こ の こ と か ら，

−/−マウスでは甘味，旨味，苦味細胞が消失して いることが示唆された（図1）．一方，酸味細胞に発現 することが知られている遺伝子の発現頻度は一様に増大 しており，しかも互いに共発現していたことから，酸味 細胞数が増大していることが示唆された．したがって，

−/−マウスでは甘味，旨味，苦味細胞が酸味細胞 に置き換わっていると考えられた．これらの結果は，

Skn-1aが甘味，旨味，苦味細胞の産生に必要であると いうこと，甘味，旨味，苦味，酸味細胞が共通の前駆細 胞から産生されることを示しており，これらの味細胞種 と酸味細胞の分化が密接に関連していることも示唆して いる．

以上述べたように，味細胞種の分化機構の一端が明ら かとなった．しかし，甘味，旨味，苦味細胞への最終的 な分化がどういう因子によりどのように制御されている のか，酸味細胞系譜との関係の詳細は不明である．ま た，味蕾中の約半数を占める甘味，旨味，苦味，酸味細 胞以外の細胞（その一部は塩味細胞）の産生・分化につ いての知見も乏しい．抗がん剤による化学療法や放射線 による物理療法などにより生じる味覚障害は，味細胞の ターンオーバーが抑制されるために生じると考えられて いる．ここで紹介した成果が味細胞の分化機構，味覚障 害の発生機構の理解を進め，味覚障害の予防や治療に繋 がることを期待したい．

  1）  J.  Chandrashekar,  M. A.  Hoon,  N. J. P.  Ryba  &  C. S. 

図1^■味受容機構におけるSkn-1a の役割

野生型マウスは，味蕾に甘味，旨味，

苦味を受容する感覚細胞（コバルト 色）があり，甘味，旨味，苦味を感 じることができる．Skn-1aはこれら の感覚細胞（甘味細胞，旨味細胞，

および苦味細胞）に発現している．

遺伝子が破壊されてSkn-1aタ ンパク質を発現できない ^−/−マ ウスは，味蕾に甘味，旨味，苦味細 胞がなく，甘味，旨味，苦味を感じ ることができない．

化学と生物 Vol. 50, No. 5, 2012

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今日の話題

Zuker : , 444, 288 （2006）.

  2）  J.  Chandrashekar,  D.  Yarmolinsky,  L.  v.  Buchholtz,  Y. 

Oka, W. Sly, N. J. P. Ryba & C. S. Zuker : , 326, 443 

（2009）.

  3）  J.  Chandrashekar,  C.  Kuhn,  Y.  Oka,  D. A.  Yarmolinsky,  E. Hummler, N. J. P. Ryba & C. S. Zuker : , 464, 297 

（2010）.

  4）  I. Matsumoto, M. Ohmoto, M. Narukawa, Y. Yoshihara & 

K. Abe : , 14, 685 （2011）.

  5）  M. Ohmoto, I. Matsumoto, T. Misaka & K. Abe :

, 31, 739 （2006）.

  6）  B. Andersen, M. D. Schonemann, S. E. Flynn, R. B. P. II,  H. Singh & M. G. Rosenfeld : , 260, 78 （1993）.

  7）  B. Andersen  : , 11, 1873 （1997）.

  8）  Y.  Zhang,  M. A.  Hoon,  J.  Chandrashekar,  K. L.  Mueller,  B.  Cook,  D.  Wu,  C. S.  Zuker  &  N. J. P.  Ryba : , 112,  293 （2003）.

（松本一朗，應本 真，モネル化学感覚研究所）

植物細胞の意外なコミュニケーション術

マイクロ RNA を介した組織形成シグナリング

マイクロRNA （miRNA） は，ゲノムからの転写とプ ロセシングを経て生成される約21塩基の1本鎖RNAで あ り，相 補 的 な 配 列 を も つ メ ッ セ ン ジ ャ ー RNA 

（mRNA） の特異的分解や翻訳阻害に働く．この経路に よりmRNAの一部，あるいは大部分がタンパク質へ翻 訳されずに不活性化される．miRNAに制御される遺伝 子の数は，ゲノム全体から見ると決して多くはない．し かし，miRNAで制御される遺伝子の中に重要な調節因 子をコードするものが多数含まれていることや，進化的 な保存性を考えても，この経路を単なる転写調節の補完 物と見るのではなく，細胞質に局在する小さなRNAが 遺伝子産物の量を決める，ということに積極的な意味を 見いだす必要があるだろう．ここでは，細胞間を動く miRNAが，植物の根の組織形成に重要な役割を果たし ている例を紹介する．

維管束植物の根では，同心円状の特徴的な組織パター ンが形成される．これらの組織は，外側から順に表皮，

皮層，内皮，内鞘，維管束と呼ばれ，内鞘と維管束は合 わせて中心柱と呼ばれる（図1_{-A）．さらに維管束の中} には，導管や師管といった通導組織が対称的に配置され る（図1-B上段）．このような同心円状の組織パターン は，表皮から吸収された水や栄養分を，内部の細胞層で 代謝変換しながら中央の維管束組織に運び込むのに都合 の良い構造と言える．

根の組織パターン形成のメカニズムは，主にシロイヌ ナズナを用いて研究されている．1990年代にレーザー 照射による細胞破壊実験や細胞系譜を可視化するセク ター解析により，細胞間で交換される何らかの「位置情 報」が根の細胞分化を決めていることが示された．真核

生物の細胞間情報伝達には，動物のサイトカインにみら れるように分泌性の因子と特異的な受容体を使うのが一 般的であり，植物でも気孔細胞の分化などに例が見られ る．しかし，2001年に根の内皮細胞の形成で示された 位置情報の伝達機構は，既知のものとはまったく異なっ て お り，中 心 柱 で 特 異 的 に 転 写・翻 訳 さ れ たSHR 

（SHORT-ROOT） という転写因子が，外側の細胞層の 核に移行し，内皮の分化を転写レベルで直接制御すると いうものであった^（1）．この機構は，「中心柱に接した1 細胞層だけが内皮に分化する」という維管束植物に共通 した発生原理を矛盾なく説明することができる^（2）．

最近になって，SHRが内皮の分化のみならず，より 広範な組織の分化に重要な機能を果たしていることが明 ら か に な っ た^（3, 4）．SHRは 内 皮 に お い てmiR165と miR166という2種類のmiRNAの生産を活性化する．こ の2つのmiRNAは，21塩基中の1塩基だけが異なって おり，標的遺伝子も共通であるためmiR165/6と総称さ れる．miR165/6の標的は，HD-ZIP IIIと呼ばれる転写 因子群で，シロイヌナズナのゲノムには5つの遺伝子が あ る．こ れ ら5つ のHD-ZIP IIIの う ち， （

）という遺伝子が根の組織形成に大きく寄与 し て い る．シ ロ イ ヌ ナ ズ ナ の 根 に お い て， の mRNAは維管束中央の少数の細胞列に局在化している

（図1-C右）．これに対して， 遺伝子の転写自体は 根の広範な組織で起こっていることがわかっている（図 1-C左）． 遺伝子内のmiR165/6標的配列が塩基置換 された変異体 （ ） では， のmRNAは根全体で 検出される．このことから のmRNAを維管束の 中央に限定化しているのは，miR165/6による転写後制