発表者
家木 誉史 (東京大学大学院農学生命科学研究科 応用生命化学専攻 博士課程)
岡田 晋治 (東京大学大学院農学生命科学研究科 応用生命化学専攻 助教)
藍原 祥子 (東京大学大学院農学生命科学研究科 応用生命化学専攻 特任研究員;当時)
應本 真  (東京大学大学院農学生命科学研究科 応用生命化学専攻 特任助教;当時)
阿部 啓子 (東京大学大学院農学生命科学研究科 応用生命化学専攻 特任教授)
安岡 顕人 (前橋工科大学工学部生物工学科 准教授)
三坂 巧  (東京大学大学院農学生命科学研究科 応用生命化学専攻 准教授)

発表のポイント

◆どのような成果を出したのか
小型魚類メダカを用いることで、旨味・苦味を含む味の情報伝達・処理に関わる神経回路を標識することができた。
◆新規性(何が新しいのか)
末梢の味受容細胞から、味の認識に至るまでの情報伝達・処理に関わる神経細胞群を高次中枢まで標識することに初めて成功した。
◆社会的意義/将来の展望
この研究を端緒とすることで、どのように味を識別し、好き嫌いなどの価値判断を行うかという味情報の符号化のメカニズムを理解する大きな手がかりとなる。

発表概要

私たちが食べる食品の味は、口腔内の味蕾みらい中の味細胞で受容され、その情報が味神経を介して脳の味覚中枢(注1)へ運ばれることで味として認識される。しかし味の情報伝達と認識に関わる神経細胞の詳細は未だ明らかとなっていない。そこで本研究では、旨味・苦味を受容する味細胞と接続する神経回路を標識した遺伝子導入メダカを作出し、味の情報伝達に関わる神経細胞の解析を試みた。その結果、メダカの旨味・苦味を含む味の情報伝達と認識に関わる神経回路を高次中枢まで標識することに成功した。

発表内容

図1 WGAタンパク質輸送の模式図 (拡大画像↗

図2 免疫組織染色法によるWGAタンパク質の輸送解析 (拡大画像↗
味蕾で発現したWGAタンパク質は味神経を介して味覚の高次中枢まで運ばれ、神経回路をより詳細に標識できた

食品の味は、味蕾中の味細胞で受容される。味蕾では、5つの基本味(甘味、旨味、苦味、酸味、塩味)の味は別々の味細胞で受容されることが近年明らかになってきた。一方、味の情報伝達と認識に関わる神経細胞の詳細は未だ不明である。近年、神経トレーサー(注2)である小麦胚芽レクチン(wheat germ agglutinin, WGA)を遺伝子工学的に味細胞に発現させて、味の情報伝達と認識に関わる神経細胞の可視化が試みられている(図1)。当研究室ではこの技術をマウスに適用し組織化学的解析により、甘味・旨味および酸味の情報伝達経路を味覚1次中枢まで標識することに成功した。本研究では、より高次中枢までの標識を目的として、マウスに代えて小型魚類であるメダカを実験動物に用いて解析を試みた。メダカはマウスに比べ味蕾の数が約5倍と多い一方で、脳の大きさは約125分の1と非常に小さいため、より多く発現したWGAタンパク質が脳へ輸送される過程で濃縮され、より高次中枢まで到達することを期待して解析に用いた。

まず味蕾細胞にWGAを発現する遺伝子導入メダカの作出を行った。旨味・苦味受容細胞を含む味蕾細胞に強く発現するメダカホスホリパーゼC-β2(注3)の転写制御領域を用いることで、旨味・苦味受容細胞を含む味蕾細胞特異的にWGAを発現する遺伝子導入メダカを作出した。

次に、この遺伝子導入メダカに対して、味蕾細胞から味神経および味覚中枢へ輸送されたWGAタンパク質を免疫組織染色法により解析した。その結果、まず一部の味蕾細胞でのWGAの非常に強い発現と、味神経への輸送が観察された。続いて、成魚の脳で解析を行ったところ、延髄領域では、味神経と接続する味覚1次中枢である顔面葉、迷走葉(XL)の一部の細胞群でWGAタンパク質の局在が観察された。また、餌の反射的な嚥下に関与する神経核においてもWGA陽性細胞群が検出された。次に、より高次の中枢においても観察を行ったところ、味覚2次中枢である峡の第2味覚核(NGS)、味覚3次中枢である視床下部の下葉分散核(NDLI)や糸球体第3味覚核の一部の細胞群においてもWGAタンパク質が検出された。さらに終脳領域では、哺乳類の味覚の高次中枢である大脳皮質味覚野に対応すると考えられている神経核においてもWGA陽性細胞群が検出された(図2)。これらの陽性細胞のシグナル強度は成長とともに強まり、さらに高次中枢まで到達することも明らかとなった。

以上のように、メダカを用いることによりマウスでは達成できなかった、末梢の味受容細胞から味の認識に至るまでの情報伝達・処理に関わる神経細胞群の標識に成功した。

本研究は、科学研究費補助金(特別研究員奨励費、若手研究(A)、若手研究(B)、基盤研究(B)、基盤研究(C)、挑戦的萌芽研究)、食生活研究会、飯島記念食品科学振興財団、ソルト・サイエンス財団、うま味研究会、最先端・次世代研究開発支援プログラムからの研究費を受けて行われた。

発表雑誌

雑誌名
Journal of Comparative Neurology
論文タイトル
Transgenic labeling of higher order neuronal circuits linked to phospholipase C-β2-expressing taste bud cells in medaka fish
著者
Takashi Ieki, Shinji Okada, Yoshiko Aihara, Makoto Ohmoto, Keiko Abe, Akihito Yasuoka and Takumi Misaka
掲載日
2013年6月1日 521巻8号 ページ1781–1802
DOI番号
10.1002/cne.23256

問い合わせ先

東京大学大学院農学生命科学研究科
応用生命化学専攻 生物機能開発化学研究室
准教授 三坂 巧
Tel: 03-5841-8117
Fax: 03-5841-8118
E-mail: amisaka@mail.ecc.u-tokyo.ac.jp

前橋工科大学
工学部生物工学科
准教授 安岡 顕人
Tel: 027-265-7374
Fax: 027-265-7374
E-mail: yasuoka@maebashi-it.ac.jp

用語解説

(注1) 味覚中枢
舌で受容した味の情報が味神経を介して伝達される脳の神経核。高次の中枢では、おいしい、まずいといった味情報の認識・処理をして摂食行動を引き起こす。
(注2) 神経トレーサー
シナプスを介して接続する神経細胞間を輸送される性質を持つ物質のこと。神経回路の標識に使用される。
(注3) ホスホリパーゼC-β2
哺乳類では甘味・旨味・苦味の味覚受容体からの細胞内シグナル伝達を担う。Gタンパク質により活性化され、イノシトール三リン酸とジアシルグリセロールを生成する酵素である。メダカでは、旨味・苦味受容細胞を含む味蕾細胞で非常に強く発現している。