【三島海雲学術賞】（自然科学部門）

味覚神経伝達の分子基盤に関する研究

樽野陽

京都府立医科大学大学院医学研究科細胞生理学研究業績の要約

幸教授

分子機構の全容解明を目指して研究を行ってきた。

味覚は、舌にある化学センサー器官「味蕾」で食品に含まれる化学物質を受容し、脳で味として認識する感覚主な研究成果のことである。甘味・うま味・苦味の味覚情報は、II 型①新規 ATP 放出チャネル CALHM1 の発見 1 3）–味細胞とよばれる味蕾細胞から放出される ATP を神経

Calcium Homeostasis Modulator 1（CALHM1）は巨伝達物質として神経へと伝達されるが、典型的なシナプ大なイオン透過ポアをもつ電位依存性イオンチャネルでス構造を持たない II 型味細胞からの ATP 放出の分子メある。候補者は巨大ポアに着目し、大きな生理活性物質カニズムは長らく不明であった。このメカニズムの解明の 透 過 性 を 予 想 し（図 1A）、 様 々 な 培 養 細 胞 でを目指して行われた本研究では、甘味・うま味・苦味をCALHM1 ポアを通過し細胞外に放出されるアデノシン舌から脳へと伝える分子機構およびその機能修飾機構を3 リン酸（ATP）のルシフェラーゼアッセイを用いた実明らかにするとともに、 イオンチャネルシナプスと測に成功した（図 1B）。ATP は細胞外シグナル分子という味覚に特化した新しい神経伝達様式を確立することして様々な生理機能を担う。新規 ATP 放出チャネルができた。加えて、これまで不可能であった生体内でのCALHM1 の発見は ATP シグナル研究の新たな分子標的

味蕾細胞の遺伝子操作方法を確立し、食体験の科学的なを与える。

理解を深めさらにその操作を可能にする技術開発に成功②甘味・うま味・苦味の神経伝達物質放出チャネルの必した。

須分子 CALHM1 の同定 1 3）–緒

言

甘味・うま味・苦味を舌から脳へ味を伝える機構、つ我々は舌にある味蕾で食品に含まれる化学物質を受容

ま り II 型 味 細 胞 か ら 味 神 経 へ の 神 経 伝 達 に お い て はし、味蕾細胞が神経へと味覚情報を伝達することで脳がATP が伝達物質であることは知られていたが、II 型味味を認識する。味蕾で甘味・うま味・苦味を受容する細細 胞 の ATP 放 出 分 子 機 構 に つ い て は Pannexin1 や胞は II 型味細胞に分類される。味物質が II 型味細胞の味Connexin ヘミチャネルの関与など諸説あったが決定的受容体に結合すると細胞は興奮し、活動電位依存性に神証拠を欠いていた。研究成果①に基づき、CALHM1 が経伝達物質としてアデノシン 3 リン酸（ATP）が放出さ

味 細 胞 の ATP 放 出 に 関 与 す る と い う 仮 説 を 立 て、れ、求心性味神経細胞、ひいては脳へと味情報を伝え

CALHM1 欠損マウスを用いた組織学的解析・単離 II 型

る。それまで活動電位依存性の ATP 放出機構はシナプ

味細胞におけるイオン電流測定・味蕾 ATP 放出の測ス小胞の開口放出しか知られておらず、II 型味細胞は典定・味覚応答解析（味神経応答記録・味覚行動実験）を型的なシナプス構造を持たないため、その ATP 放出の駆使して、CALHM1 が II 型味細胞における ATP 放出

分子メカニズムは味覚研究分野において長らく大きな謎チャネルの必須分子であることを解明した（図 2）。

であった。近年 Pannexin1 や Connexin ヘミチャネルな

しかし、この研究成果は新たな疑問を生み出した。味

どのイオンチャネルの関与が報告され定説となりつつ細胞における速い活性化を示す内在性 ATP 放出チャネあったが、根拠となるデータには矛盾点が多く、「味をルと活性化の遅い強制発現系における CALHM1 電流にささえる味覚神経伝達の分子基盤」、すなわち「味を舌は電位依存性ゲート機構に決定的な齟齬が存在し、味細から脳へと伝えるしくみ」が未解明であった。本研究で胞に CALHM1 機能を修飾する未知の因子の存在が示唆は、典型的シナプスを持たない II 型味細胞の神経伝達の2）された（図 2）。さらにこの因子の解明に向けた研究を

1

樽野陽

幸

図1新規電位依存性 ATP 放出チャネル CALHM1。（A）CALHM1 は ATP 分子より大きなイオン透過ポアをもち、脱分極により活性化する。（B）CALHM1 活性化により細胞外に放出される ATP の実測データ。

図2

甘味・苦味・うま味を受容する II 型味細胞における細胞内シグナルカスケード。CALHM1 と未知の因子からなるイオンチャネ
ルが神経伝達物質 ATP の放出を担う。

（図 3B）、味細胞に発現する CALHM1 がパルミトイル化行い、以下の研究成果③④を得た。

を受けていること、を明らかにした。これは初めて見つ③味蕾でのパルミトイル化による CALHM1 機能調節機構の発見

かった CALHM1 機能調節機構であり、味覚神経伝達の4）調節メカニズムを含めた全容解明に資する発見である。

CALHM1 分子内の翻訳後修飾の違いが上記の機能差④ II 型 味 細 胞 神 経 伝 達 物 質 放 出 チ ャ ネ ル の 分 子 実 体異の原因であるという仮説を立て、CALHM1 の翻訳後修飾を探索した。様々な化学修飾を受けるシステイン残CALHM1/CALHM3 の同定 5）

基（C）に着目し、変異体スクリーニングから C100 と③の結果もまだ味細胞の内在性 ATP チャネルの機能C207 にパルミトイル化とよばれる可逆的脂質修飾を発を完全には説明できなかった。そこで、CALHM1 チャ見した（図 3A）。パルミトイル化の検出にはトリチウム

ネルの未知の修飾サブユニットの存在が上記の機能差異による代謝ラベルや、アシル-ビオチン交換法などの生の原因であるという仮説を立て、CALHM1 に結合する化学的な手法を駆使した。また、23 あるパルミトイル分子を探索した。その結果、新たな CALHM1 の修飾サ化酵素のスクリーニングにより、3 つの CALHM1 パルブユニット CALHM3 を発見し、CALHM1/CALHM3 複ミトイル化酵素 DHHC3/7/20 を同定した。さらにパル合体が内在性味細胞 ATP 放出チャネルと同一の性質をミトイル化が CALHM1 の電位依存性を制御すること持つ電位依存性 ATP 放出チャネルとして機能すること2味覚神経伝達の分子基盤に関する研究

図3

CALHM1 のパルミトイル化修飾による機能制御。（A）CALHM1 のパルミトイル化部位 C100、C207 の同定。C、システイン残基；TM, transmembrane domain.（B）パルミトイル化は電位依存性ゲート機構を負に制御する．

図4

II 型味細胞神経伝達物質放出チャネル CALHM1/CALHM3 の同定。CALHM3 との共発現により CALHM1 のゲート機構が促進される（左）。ATP 放出チャネルの分子実体を CALHM1/CALHM3 とした II 型味細胞内シグナルカスケード（右）．

を電気生理学的な方法を駆使して明らかにした（図 4）。

スベクターを独自に開発した方法でマウスの舌に注入

さらに CALHM1 と同様に、マウスにおける CALHM3し、外来遺伝子の発現パターンを詳細に観察し、AAV-ノックアウトが II 型味細胞 ATP チャネル電流・ATP 放DJ ベクターが味細胞感染に最適であることを発見した。

出および味認識（甘味・うま味・苦味）を消失させたこ

この方法は上記の CALHM1 チャネルを含む味覚に関わとから、CALHM1/CALHM3 複合体が II 型細胞の神経る遺伝子の生体内機能解析・操作の強力なツールとなる伝達物質放出機構の分子実体であると結論づけた。

研究成果である。

本研究結果により、味を舌から脳へと伝える分子レベ
結ルの仕組みを明らかにするとともに、イオンチャネルによる神経伝達物質の放出というス言
肥満・糖尿病・高血圧など生活習慣病が蔓延する飽食

イオンチャネルシナプの現代においては、食の喜びを損なわずに健康を維持すの概念を分子レベルで確立することに成功した。

る方策が食品業界、さらには予防医学の観点から医療業⑤ウイルスベクターを用いた生体内味細胞への遺伝子導界においても強く求められている。この問題に科学的な入の技術開発 6, 7）

アプローチで取り組むためには我々の食行動にもっとも遺伝子治療や基礎研究などで、生体内の遺伝情報を書深く関与する味覚のメカニズムを分子レベルで理解するき換えたり外来遺伝子を導入する方法は多くの組織で用ことが必要不可欠である。特に甘味・うま味・苦味はいられるが、もっとも効率的な方法はウイルスベクター

我々の食の嗜好を決定する重要な味覚であり食体験におを用いる方法である。味覚の基礎研究あるいは人為的制いて重要な意味をもつ。上にあげた研究成果は、舌から御にもこの方法は有用であるはずだが、その方法は確立脳へとこれらの味覚情報をアウトプットする分子レベルされていなかった。特に味蕾は 50–100 個もの細胞が密の仕組みを世界で初めて解明したものである。この仕組に集まった構造をとっており、ウイルスの感染効率や導みを人為的に―つまり食品成分や薬によって―制御入方法の困難さが障壁となっていた。そこで、最新の 6（チューニング）する方法が今後の食品業界・創薬業界

種類のアデノ随伴ウイルスベクターおよびレンチウイルの研究テーマとして波及し、新しいマーケットが創造さ
3

樽野陽

幸

謝

れ、ひいては人々の食の喜びと健康を維持する、そのよ辞

うな未来につながる基礎研究であると考える。

本研究の遂行にあたり多大なるご指導とご支援をいた

さらに、本研究で発見した CALHM1/3 チャネルは活だきましたペンシルバニア大学の J Kevin Foskett 教授

動電位によって素早く活性化し、神経伝達物質を放出すおよび多くの共同研究者の皆様方に謝意を表します。まることのできる現在知られる唯一のイオンチャネルであた、本研究成果をお認めいただき栄誉ある学術賞を授ける。これまで、神経伝達物質の放出は全てシナプス小胞ていただいた三島海雲記念財団およびそのご関係者様にのエキソサイトーシスによると考えられてきたが、本研も深く御礼申し上げます。

究によってイオンチャネルによる神経伝達物質の放出を文実証し、さらには活動電位依存性神経伝達物質放出チャネルを発見した。このように、古典的な小胞性シナプス

献1） A. Taruno, et al.:
, 495, 223–226, 2013.
2） A. Taruno, et al.:
, 35, 1111–1118, 2013.
3） A. Taruno:, 19, 808, 2018.
4） A. Taruno, et al.:
, 595, 6121–6145, 2017.
5） Z. Ma, et al.:
, 98, 547–561, 2018.
6） A. Taruno, et al.:, 42, 69–78, 2017.
7） A. Taruno, M. Kashio: AAV-Mediated Gene Delivery to
Taste Cells of the Tongue（Michael J. C., ed.）,Adeno-Associated Virus Vectors: Designand Delivery , Springer, Berlin: 1950; pp. 299–307, 2019.

に対し、 イオンチャネルシナプス という全く新しい神経伝達様式を確立することができた。このイオンチャネ
ルシナプスは現在のところ味細胞にのみ見られる類例のない全く新しい神経伝達様式である。では味覚はなぜこのような特殊な神経伝達様式を取らなければならないのだろうか？イオンチャネルシナプスの構造・発生・動作原理が今後明らかになれば、他の感覚系とは違う味覚の特殊性・本質が明らかになっていくことが期待される。

著者紹介
樽野陽幸（タルノ1982 年
2007 年 3 月
2010 年 3 月
2010 年 3 月
2010 年 4 月
2013 年 4 月
2014 年 4 月
2018 年 9 月アキユキ）

京都府生まれ京都府立医科大学 医学部卒
京都府立医科大学 大学院医学研究科 博士課程修了
博士（医学）の学位取得（京都府立医科大学）
アメリカ合衆国ペンシルバニア大学医学部生理学部門 博士研究員
京都府立医科大学 大学院医学研究科 細胞生理学 助教
京都府立医科大学 大学院医学研究科 細胞生理学 講師
京都府立医科大学 大学院医学研究科 細胞生理学 教授

基本 5 味の受容機構についての分子レベルの理解は進んできたが、統合的なおいしさ・まずさの神経基盤はほとんどわかっていない。今後、実際のわれわれの食体験を分子・細胞レベルの解像度で理解できるような研究を行いたい。

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