〒５６５－０８７４
大阪バイオサイエンス研究所
発生生物学部門 （第４研究部）
古川ラボ
大阪府吹田市古江台６－２－４
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Nakamura, M., Sanuki, R., Yasuma, R, T., Onishi, A., Nishiguchi, M, K., Kadowaki, M., Kondo, M., Miyake, Y. & Furukawa, T. TRPM1 mutations are associated with the complete form of congenital stationary night blindness. Mol. Vision 16:425-437 (2010)
Katahira, T., Nakagiri, S., Terada, K. & Furukawa, T. Secreted factor FAM3C (ILEI) is involved in retinal laminar formation. BBRC, 392(3), 301-306 (2010)
Muranishi, Y., Sato, S., Inoue, T., Ueno, S., Koyasu, T., Kondo, M. & Furukawa, T. Gene expression analysis of embryonic photoreceptor precursor cells using BAC-Crx-EGFP transgenic mouse. BBRC, 392(3), 317-322 (2010)
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Koike, C., Obara, T., Uriu, Y., Numata, T., Sanuki, R., Miyata, K., Koyasu, T., Ueno, S., Funabiki, K., Tani, A., Ueda, H., Kondo, M., Mori Y., Tachibana, M. & Furukawa, T. TRPM1 is a component of the retinal ON bipolar cell transduction channel in the mGluR6 cascade. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2009 Dec.4. Epub ahead of print (2009)
Kanamoto, T., Mizuhashi, K., Terada, K., Minami, T., Yoshikawa, H. & Furukawa, T. Isolation and characterization of a novel plasma membrane protein, osteoblast induction factor (obif), associated with osteoblast differentiation. BMC Developmental Biology, 9:70 (2009)
Cao, Y., Masuho, I., Okawa, H., Xie, K., Asami, J., Kammermeier, P., Maddox, D., Furukawa, T., Inoue, T., Sampath, A. & Martemyanov, K. Retina Specific GTPase Accelerator RGS11/Gβ5S/R9AP is a Constitutive Heterotrimer Selectively Targeted to mGluR6 in ON-Bipolar Neurons. J. of Neurosci., 29, 9301-9313 (2009)
Sasaki, T., Watanabe, W., Muranishi, Y., Kanamoto, T., Aibara M., Miyazaki, K., Tamura, H., Saeki, T., Oda, H., Souchelnytskyi, N., Souchelnytskyi, S., Aoyama, H., Honda, Z., Furukawa, T., Mishima. K. H., Kiuchi, Y. & Honda, H. Elevated Intraocular Pressure, Optic Nerve Atrophy, and Impaired Retinal Development in ODAG Transgenic Mice. IOVS, 50, No.1, 242-248 (2009)
Sato, S., Omori, Y., Katoh, K., Kondo, M., Kanagawa, M., Miyata, K., Funabiki, K., Koyasu, T., Kajimura, N., Miyoshi, T., Sawai, H., Kobayashi K., Tani, A., Toda, T., Usukura, J., Tano, Y., Fujikado, T., Furukawa,T.
Pikachurin, a dystroglycan ligand, is essential for photoreceptor ribbon synapse formation. Nat Neuroscience, 11, 923-931 (2008)
Omori, Y., Zhao, C., Saras, A., Mukhopadhyay, S., Kim, W., Furukawa, T., Sengupta, P., Veraksa, A., Malicki, J. Elipsa is an early determinant of ciliogenesis that links the IFT particle to membrane-associated small GTPase Rab8. Nat Cell Biol., 10, 434-444 (2008)
Koike, C., Nishida, A.,Ueno, S., Saito, H., Sanuki, R., Sato, S., Furukawa, A., Aizawa, S.,Matsuo, I., Suzuki, N., Kondo, M., Furukawa, T.
Functional roles of Otx2 transcription factor in postnatal mouse retinal development.
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Sato, S., Inoue, T., Terada, K., Matsuo, I., Aizawa, S., Tano, Y., Fujikado, T., Furukawa, T. Dkk3-Cre BAC trasngenic mouse line: A tool for hilghly efficient gene deletion in retinal progenitor cells. Genesis, 45, 502-507 (2007)
Terada, K., Kitayama, A., Kanamoto, T., Ueno, N., Furukawa, T.
Nucleosome regulator Xhmgb3 is essential for progenitor cell proliferation of the eye and brain. Developmental Biology, 291, 298-412 (2006)
Inoue, T., Terada, K., Furukawa, A., Koike, C., Tamaki, Y., Araie, M., Furukawa, T.Cloning and characterization of mr-s, a novel SAM domain protein, predominantly expressed in retinal photoreceptor cells. BMC Developmental Biology, 6:15 (2006)
Kanamoto, T., Terada, K., Yoshikawa, H., Furukawa, T.
Cloning and regulation of the vertebrate homologue of lin-41 which functions as heterochronic gene in Caenorhabditis elegans. Developmental Dynamics, 235, 1142-1149 (2006)
Kanamoto, T., Terada, K., Yoshikawa, H., Furukawa, T.
Cloning and expression pattern of lbx3, a novel chick homeobox gene. Mechanisms of Development/Gene Expression Patterns, 6. 241-246 (2006)
Koike, C., Nishida, A., Akimoto K., Nakaya, M., Noda, T., Ohno, S., Furukawa, T.
Function of aPKCl in differentiating photoreceptors is required for proper lamination of mouse retina. J. of Neurosci., 25, 10290-10298 (2005)
Saito, H., Tsumura, H., Otake, S., Nishida, A., Furukawa, T., Suzuki N.
L7/Pcp-2-specific expression of Cre recombinase using knock-in approach.
BBRC, 331, 1216-1221 (2005)
Morrow, E.M., Furukawa, T., Raviola, E., Cepko, C.L.
Synaptogenesis and outer segment formation are peturbed in the neural retina.
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Nishida, A., Furukawa, A., Koike, C., Tano, Y., Aizawa, S., Matsuo, I., Furukawa, T.
Otx2 homeobox gene controls retinal photoreceptor cell fate and pineal gland development. Nature Neurosci., 6, 1255-1263 (2003)
論文解説あり
Furukawa, A., Koike, C., Lippincott, P., Cepko, C.L., Furukawa, T.
The mouse Crx 5’ upstream transgene sequence directs a cell-specific and developmentally regulated expression in retinal photoreceptor cells.
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Blackshaw, S., Fraioli, R.E., Furukawa, T., Cepko, C.L.
Comprehensive Analysis of Photoreceptor Gene Expression and the Identification of Candidate Retinal disease Genes. Cell, 107, 579-589 (2001)
Furukawa,T., Shiddartha, M., Bao, Z-Z, Morrow, E.M., Cepko, C.L.
rax, Hes1 and Notch1 promote the formation of Muller glia by postnatal retinal progenitor cells. Neuron, 26, 383-394 (2000)
Livesey, F.J. Furukawa, T., Steffen, M., Church, G.M., Cepko, C.L
Microarray anaysis of the transcriptional netwaork controlled by the photoreceptor-specific homeobox gene Crx. Curr Biol, 10, 301-310 (2000)
*Furukawa, T., Morrow, E.M., Li, T., Davis, F.C., *Cepko, C.L.
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Nature Genet., 23, 466-470 (1999)
(*Corresponding author)
*Schulte, D., *Furukawa, T., *Peters, M.A., Kozak, C.A., Cepko, C.L.
Misexpression of the Emx-related homeobox genes cVax and mVax2 ventralizes the retina and perturbs the retinotectal map. Neuron, 24, 541-553 (1999)
(*First three authors contributed equally to this work.)
Morrow, E.M., Furukawa, T., Lee. J.E., Cepko, C.L.
Neuro D regulates cell fate determination in the Developing neural retina.
Development, 126, 23-36 (1999)
Morrow, E.M., Furukawa, T., Cepko, C.L.
Vertebrate photoreceptor cell development and disease. Trends in Cell Biol., 8, 353-358 (1998)
Taniguchi, Y., Furukawa, T., Tun, T., Han, H., Honjo, T.
LIM protein KyoT2 negatively regulates transcription by association with the RBP-JDNA-binding protein. Mol Cell Biol., 18, 644-654 (1998)
Furukawa, T., Morrow, E.M., Cepko, C.L.
Crx, a novel otx-like homeobox gene, shows photoreceptor-specific expression and regulates photoreceptor differentiation. Cell, 91, 531-541 (1997)
*Freund, C.L., *Gregory-Evans, C.Y., *Furukawa, T., Papaioannou, M.,, Looser, J., Ploder, L., Bellingham, D.Ng., Herbrick, J.-A. S., Duncan, A., Scherer, S.W., Tsui, L.-C., Loutradis-Anagnstou, A., Jacobson, S.G., Cepko, C.L., Bhattacharya, S.S.
Cone-rod dystrophy due to mutations in a novel photoreceptor-specific homeobox gene(CRX) essential for maintenance of the photoreceptor. Cell, 91, 543-553 (1997)
(*First three authors equally contributed to this work)
Nishida, A., Furukawa, A., Koike, C., Tano, Y., Aizawa, S., Matsuo, I., Furukawa, T. Otx2 homeobox gene controls retinal photoreceptor cell fate and pineal gland development. Nature Neurosci., 6, 1255-1263 (2003)
網膜視細胞は錐体・桿体の2種類の細胞からなり、眼球の後方に位置し、哺乳類において唯一の光センサーとして働きます。網膜視細胞は、その解剖学的および臨床的重要性から多くの研究がなされてきましたが、発生メカニズムについてはまだ十分に解明されていませんでした。また、松果体については、体内リズムとの関連について多くの研究がなされてきましたが、その発生メカニズムは不明でした。
我々は以前より網膜視細胞の発生機構を明らかにしようと研究してきました。以前の研究で、我々は網膜視細胞と松果体に特異的に発現する転写因子Crxを単離し、いくつかの網膜変性疾患の原因遺伝子であることを明らかにしました。その後、ノックアウトマウスの解析により、Crxが視細胞における光受容反応および松果体におけるメラトニン合成に重要であることを示しました。しかしながら、Crxのホモ接合ノックアウトマウスにおいても視細胞の初期発生がみられることから、Crxと機能的に重複する遺伝子の存在が示唆されていました。そこで今回、Crxと同じOtxファミリーに属し、網膜における発現が報告されているOtx2に注目しました。Otx2はショウジョウバエの遺伝子orthodenticleの哺乳類におけるホモログとしてクローニングされ、前脳、中脳、松果体、神経網膜、網膜色素上皮といった組織における発現が報告されています。我々は最近の研究において、視細胞が網膜幹細胞から分化する際の最初の鍵を握る遺伝子がOtx2であることを明らかにしました。
まず、in situ hybridizationによりOtx2の時間的、空間的発現パターンをCrxと比較しました。Otx2の神経網膜における発現はCrxよりもやや先行して発生過程の視細胞にみられましたが、生後網膜では視細胞での発現がほとんどみられなくなりました。次に、Otx2の網膜視細胞発生における役割を調べるために、コンディショナルノックアウトマウスを解析しました。Otx2のホモ接合ノックアウトマウスは胎生致死ですので、Crxプロモーターの制御下に網膜視細胞および松果体において特異的にOtx2の発現が消失するようなコンディショナルノックアウトマウスを作成しました。Otx2コンディショナルノックアウトマウスでは、網膜視細胞の発生はみられず、網膜神経細胞の一種であるアマクリン細胞が著明に増加していました。これは、本来であれば網膜視細胞に分化すべき細胞が、Otx2の機能消失により、アマクリン細胞へと細胞運命を転換したと考えられます。また、松果体は完全に欠損していました。Otx2コンディショナルノックアウトマウスの網膜における各種転写因子の発現を調べたところ、Crxの発現が著しく低下していました。また、レトロウィルスベクターを用いてラットの網膜未分化前駆細胞にOtx2を強制発現させると、アマクリン細胞、双極細胞、ミューラー細胞への分化が抑制され、視細胞への分化が促進ました。さらに、Crxのプロモーター領域を用いてルシフェラーゼアッセイを行い、Otx2がCrxプロモーター上のOTX結合部位を介してCrxの発現を制御することを示唆するデータが得られました。これらの結果から、Otx2は網膜視細胞の運命決定に必要かつ十分であり、またCrxの上流遺伝子として働くことが示されました。
この研究で、Otx2が網膜視細胞および松果体の初期発生を制御する最上流に位置する遺伝子であることが明らかになりました。今後、網膜幹細胞や神経幹細胞にOtx2を導入することにより、視細胞への分化誘導が可能になると期待されます。この研究は、現在の医学では治療の方法がない難治性網膜疾患の治療につながる研究であると考えられます。
視覚情報は明暗の情報に応じて、双極細胞において初めてONとOFFという経路に分かれることが明らかとなっており、視覚情報処理においてはこの明暗の情報処理(ON, OFF)が決定的に重要であることから、双極細胞のイオンチャンネルの実体が注目されてきた。この明暗を区別するON／OFF応答は双極細胞に発現しているイオンチャネルの性質に依存していることが知られていたが、応答の大部分を占めるON型応答を司るイオンチャネルが何であるかは不明であった。我々はTRPM1が網膜の中でも中間ニューロンである双極細胞に特異的に発現していることを見いだした。TRPM1欠損マウスにおいては視細胞は正常に機能しているものの、ON型双極細胞の機能のみが特異的に欠損していることが明らかとなった（OFF型は正常）。培養細胞を用いた強制発現系により、TRPM1がON型双極細胞の未知の視覚伝達チャネルが持つと予想されていた、非選択性の陽イオンチャネルという性質を持ち、mGluR6シグナル経路により抑制的制御を受けることを明らかにし、20年来の謎であったON双極細胞のイオンチャネルの実体を解明した。
ON型双極細胞の機能欠失は、ヒトで完全型先天性停止性夜盲症の原因となっていることが知られている。この疾患では、幼少期より夜盲、眼振、視力低下などの症状が認められる。現在まで、２つの遺伝子が先天性完全型停止性夜盲症の原因遺伝子として同定されてきた。伴性劣性遺伝形式の nyctalopin (ニコタロピン)と常染色体劣性型遺伝形式の mGluR6(代謝型グルタミン酸受容体６)である。我々は、TRPM1ノックアウト (KO)マウスが完全にON双極細胞の機能欠失を示すことから、ヒトTRPM1遺伝子の変異が完全型停止性夜盲症の原因となっているのではないかと考えた。日本国内で、先天性停止性夜盲症の患者DNAを解析している名古屋大学眼科学教室と共同研究を行い、原因遺伝子未同定の患者DNAの TRPM1遺伝子のコーディングエクソン2-27についてゲノムDNAシーケンスを行い、３人の患者から５つの種類のTRPM1の変異を同定することに成功した。以上の結果から、我々は、今回解析した先天性停止性夜盲症の患者においてはTRPM1の変異が疾患の原因となっていると結論した。さらに我々は、これらの異常がTRPM1蛋白質の合成不良ならびにON双極細胞の樹状突起終末への局在異常をもたらすことを示した。今回の成果は、ヒトの新たな網膜疾患の原因遺伝子を同定し、その異常の原因を機能的に明らかにしたものであり、神経科学分野での情報伝達の基礎的理解への貢献のみならず医学的な見地からも、網膜疾患の診断や治療に結びつく成果と考えられる。