胃に発現する水チャネルの生理機能の解析

岡田晋

東京大学大学院農学生命科学研究科

緒治

助教

アクアポリンの発現量変化について解析を行った。

言
食物摂取は生体維持や生活活動のために必要な栄養素また、消化・吸収活動時の胃における遺伝子発現変化やエネルギーを補給する重要な生理行動である。ヒトをに関する研究はごくわずかで、消化管ホルモンをコード含む哺乳類では、口腔から摂取された食物は消化管におする遺伝子の発現変化についていくつの報告がなされていて消化、吸収される。消化管の中で小腸は三大栄養素いるのみである。そこで、摂餌後のマウス胃における遺の消化・吸収を中心にその生理活動の分子機構について伝子発現変化を網羅的に解析し、食物摂取・消化時の胃詳しく調べられてきた。一方、小腸に較べ、食物摂取時の活動を分子レベルで明らかにすることも目的とした。の胃の生理機能に関しては不明な点が多く残っている。
胃の食物摂取時の活動の全容の解明、特に分子レベルで結の解明についてはまだ不明な点が多い。

1.

胃の消化活動においてアクアポリン (AQP) が重要な果摂餌後のマウス胃におけるアクアポリン遺伝子発現量変化の解析働きを担っていることが想定される。アクアポリンは生

アクアポリンのチャネル活性の制御は主に、①発現量体の水輸送の中心的役割を担う水チャネル分子であり、の変化 ( 発現誘導と分解 )、②細胞膜表面から細胞内へ細胞の形質膜や小胞体膜に局在し、水や小分子の膜透過の移行の 2 つによって行われることが知られている 。

を制御する 1)。消化・吸収活動においても、水輸送は必胃においてアクアポリンが消化活動に関わるならば、食須である。消化管においては、摂取した食物を分解する物摂取の刺激によってその発現様式が変化すると考えらために、消化管内腔に面した上皮細胞から消化液が分泌れる。前者の制御について、胃に関しては、摂食刺激にされる。さらには、上皮細胞からは粘液も分泌される。

よって誘導される遺伝子発現変動についての報告は非常

また一方、体内の水分量を一定に保つために、また、栄に少ないが、消化管ホルモンの 1 つであるソマトスタ

養素の吸収を速やかに行うために、水は上皮細胞を介しチンについて、摂食時に胃の内分泌細胞において発現量て生体内へと吸収される。このように消化管では上皮細が増加するという報告がなされている。また、我々が行っ胞を介して内腔（外界）と体内との間で活発な水輸送がた予備的な実験ではアクアポリンについても摂食時に遺行われているが、この水輸送におけるアクアポリンの役伝子発現量が変化する可能性が見出された。

3)

そこでまず、摂餌後のマウス胃におけるアクアポリン割については不明な点が多い。
胃においても、胃液の分泌や、消化物の浸透圧調整の遺伝子の発現量変化をリアルタイム PCR 法で解析するための水分泌・吸収という消化活動に上皮細胞を介したことを試みた。しかしながら、実験試行毎のバラツキが水輸送が行われている。そして、胃にはいくつかのアク大きく、アクアポリン遺伝子の発現量変化について明確アポリン遺伝子が発現していることが報告されているな結果は得られなかった。

2)。以上のことから、胃の水輸送をアクアポリンが担っ次に、解析手法を変更し、DNA マイクロアレイ法をていることが予想されるが、アクアポリンの関与は未だ用いて解析することにした。1 週間の予備飼育期間中、明らかではない。そこで、本研究では、まず、消化管の朝夕各 2 時間ずつの制限給餌を行いマウスの摂食行動

水輸送におけるアクアポリンの生理的役割の解明の一端の周期を揃えた後、給餌の 1、2、4 時間後に胃を摘出し、として、胃に発現するアクアポリンが消化活動で果たす

total RNA を抽出してマイクロアレイ解析 (Affymetrix 社

役割を解明することを目的として、摂餌後の胃におけるMouse Genome 430 2.0) に供した (n=5)。対象サンプル
1

岡

表1

田晋治

としては概日リズムによる遺伝子発現変化の影響を除く

摂餌後のマウス胃におけるアクアポリン遺伝子の発現量変化

遺伝子名

変化率（摂餌群 / 対象群）

RankProducts FDR 値

ため、給餌を行わず、給餌群と同時刻に摘出した胃 (n=5)

Aqp1

0.820.131を用いた。得られたマイクロアレイデータについて、同

Aqp31.051.002

時刻の給餌群と対照群の間で発現量の比較を行った。そAqp4

1.060.938

Aqp5の結果、いずれのアクアポリン遺伝子も発現量の変化は0.890.634

Aqp60.940.945

ごくわずかで、有意な変化はみられなかった ( 表 1)。

Aqp71.031.064

Aqp80.960.931

Aqp90.910.580

Aqp11

1.041.017

in situ ハイブリダイゼーション (ISH) 法によって細胞レベルでアクアポリン遺伝子の発現量変化をしらべた。
マウス胃では Aqp3, Aqp4, Aqp5 の 3 種の発現が検出可能であった ( 図 1)。この 3 種のアクアポリン遺伝子について ISH で摂食による発現量変化の観察を行ったと摂餌 2 時間後のマウスから摘出した胃をマイクロアレイ解析に供し、対照群と比較した。摂餌によってアクアポリン遺伝子の有意な発現量増加は観察されなかった。RankProducts FDR 値 0.025 未満を有意とした。

ころ、得られたシグナルの強度および頻度は給餌群と対照群とで明確な差は観察されなかった ( データは示さない )。

表2

摂食後に発現変化した遺伝子数以上の結果から、マウス胃におけるアクアポリン遺伝

摂餌群＞対象群

摂餌群＜対象群

合計

摂食後 1 ｈ153189342

摂食後 2 ｈ212

201413

摂食後 4 ｈ501497998

子の発現量は、摂食刺激によって変化しないことが強く示唆された。
2. 摂餌後のマウス胃における遺伝子発現量変化の網羅的解析

上記 1 のマイクロアレイ解析で得た摂餌後のマウ摂食後経過時間別に有意に発現変化した遺伝子数を示した。
RankProducts FDR 値 0.025 未満を有意とした。

ス胃の遺伝子発現データについてアクアポリン遺伝子

Aqp3

Aqp4

Aqp5

胃底部

胃体部

幽門部

図1

マウス胃におけるアクアポリン遺伝子の局在マウス胃の切片を用いて in situ ハイブリダイゼーションを行った。Aqp3, Aqp4, Aqp5 の 3 種のアクアポリン遺伝子の発現が観察された。
2

胃に発現する水チャネルの生理機能の解析

3)以外についても解析を行った。マイクロアレイ上の約膜と細胞内膜との間の移行が知られている 。胃での消45,000 個の遺伝子中でマウス胃に発現していた遺伝子化活動時においてもこの形質膜への移行によって機能制は約 27,000 個であった。各時間の給餌群と対照群と御が行われている可能性がある。今後、摂餌後のマウスの間でそれぞれ比較を行い、食物摂取の影響による遺胃切片を用いて免疫組織染色法などによって解析を行う

伝子発現変化をしらべた。その結果、発現変化する遺ことで、これについて検討する必要がある。

伝子数は摂食開始 1 時間後で 342、2 時間後で 413、2. 摂餌後のマウス胃における遺伝子発現変化の網羅的解析に

4 時間後で 998 であり、給餌後の経過時間に伴い増加

ついてしていく傾向がみられた（表 2）。1、2、4 時間後いず摂食刺激による胃での遺伝子発現変化についてはいく

れかの時間で発現変化がみられた遺伝子群をまとめ、つかのホルモンを除き、ほとんど報告がなされていな

GeneOntology term を 用 い て 機 能 分 類 し た 結 果、（1）

かったが 、本研究により新たに多くの遺伝子を同定す

脂質、リポタンパク質、有機酸、芳香族化合物、アミることができた。また、機能分類により、摂食後発現変ノ酸および高分子の代謝；（2）高温、タンパク質、金動した遺伝子が関わる生理的機能を解明した。

4)属イオン刺激および低酸素刺激に対する刺激応答；（3）

予想に反し、胃液の分泌、ホルモンの生成・分泌など脂質、有機酸、アミン、炭水化物および神経伝達物質のに関わることが報告されている遺伝子群は摂食刺激によ輸送；（4）形態、器官、システムの形成および細胞分化；

り発現量の変化は見られなかった。これらの活動に関わ（5）恒常性、消化系、筋肉系調節およびアポトーシスる分子は定常的に発現しており、遺伝子発現変化を伴わの 5 つの類型に関わる遺伝子が発現変化することが明ない可能性がある。また、胃酸の分泌について、壁細胞らかになった。一方、胃の消化・吸収、分泌作用に関わは独自の概日リズムを有し、それによって胃酸の分泌をる遺伝子はほとんど発現変化していなかった。経時的視調節していることが報告されていることから 5)、胃はあ点から解析を行うと、一部重複もみられたが、1、2、4

らかじめ概日リズムに従って、消化活動に関連する遺伝

時間後のそれぞれの時間においては、異なる機能に関連子の発現を調節し、摂食時の消化に備えている可能性もする遺伝子が発現変化していた。例えば、刺激応答に関ある。

わる遺伝子群［主に（2）］は早期に発現増加し、後期摂食によって発現変化した遺伝子の中では、多数のに減少する傾向がみられるのに対し、分化・形成、機能Heat Shock Protein (Hsp) を含む刺激応答に関連した遺調節に関わる遺伝子群［主に（4）、（5）］は早期に発現伝子群の発現量が増加していることは興味深い。これら減少し、後期に増加する傾向がみられた。
一方、物質代謝、の遺伝子群は摂食開始後、短時間で発現量が変化してい物質輸送の機能［主に（1）（3）、］では、対象物質によって、た。生体維持のため体外から摂取する食餌は、一方ではそれぞれの関連遺伝子が異なる発現変動パターンを示し生体を損傷させる異物となる可能性がある。また、消化た。リポタンパク質、有機酸代謝；神経伝達物質、有機活動時に分泌される胃液も生体に損傷を与えうる。その酸、アミンの輸送に関わる遺伝子は、早期に発現増加し、ため、胃では摂食時に速やかに Hsp による防御機構を後期に減少するが、脂質、アミノ酸、高分子代謝；炭水働かせ、食餌や胃液による損傷を防ぎながら消化を行っ化物の輸送に関わる遺伝子は早期に減少し、後期に増加ていることが示唆される。

する傾向がみられた。脂質輸送に関わる遺伝子は全ての時間で発現増加がみられた。

要約
食物摂取は生体維持や生活活動のために必要な栄養素考やエネルギーを補給する重要な生理作用である。消化管

察

1. 摂餌後のマウス胃におけるアクアポリン遺伝子発現量変化の中で胃の食物摂取時の活動の全容の解明、特に分子レについてベルでの解明についてはまだ不明な点が多い。

マウス胃におけるアクアポリン遺伝子の発現量は摂食胃に発現する水チャネル、アクアポリンの消化活動へ刺激によって変化せず、今回行った発現量変化の解析かの関与をしらべるため、摂餌後のアクアポリン遺伝子のらは胃に発現するアクアポリンの消化活動への関与の手発現量変化を DNA マイクロアレイおよび in situ ハイブがかりを得ることは出来なかった。アクアポリンの機能リダイゼーションによって解析した。その結果、いずれ制御については、転写レベルでの発現量制御の他に形質のアクアポリン遺伝子についても発現量に変化は観察さ3

岡田

晋れなかった。

治謝

辞本研究を遂行するにあたり、研究助成金を賜りました

給餌 1、2、4 時間後の遺伝子発現変化についてマイ財団法人三島海雲記念財団に深く感謝申し上げます。

クロアレイ解析によって網羅的に解析したところ、代謝、刺激応答、物質輸送、形態形成および細胞分化などに関わる遺伝子が発現変化することが明らかになった。一方、文胃での消化・吸収、分泌に関わることが知られている遺1) E. Kruze, et al.: Genome Biol. , 7, 206, 2006.

伝子はほとんど発現変化していなかった。摂食刺激によ

2) T. Ma and A. S. Verkman: J. Physiol. , 517, 317-326, 1999.

献3) Y. Noda and S. Sasaki: Biol. Cell , 97, 885-892, 2005.

る胃での遺伝子発現変化についてはほとんど報告がなさ

4) S. G. Moesgaard, et al.: Regul. Pept ., 120, 261-267, 2004.

れていなかったが、本研究により新たに多くの遺伝子を5) M. Zaviacic, et al.: Exp. Pathol ., 18, 85-95, 1980.

同定することができた。

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