刺激の時間的パターンが線虫Caenorhabditis elegansの感覚ニューロンにおけるMAPK活性化の程度および持続時間を決定する

Sci. Signal., 16 October 2012
Vol. 5, Issue 246, p. ra76
[DOI: 10.1126/scisignal.2002983]

Taichiro Tomida^1*, Shigekazu Oda^2*, Mutsuhiro Takekawa^3,4, Yuichi Iino², and Haruo Saito^1†

¹ Division of Molecular Cell Signaling, Institute of Medical Science, University of Tokyo, 4-6-1 Shirokanedai, Minato-ku, Tokyo 108-8639, Japan.
² Department of Biophysics and Biochemistry, Graduate School of Science, University of Tokyo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-0033, Japan.
³ Department of Cell Signaling and Molecular Medicine, Research Institute of Environmental Medicine, Nagoya University, Chikusa-ku, Nagoya 464-8601, Japan.
⁴ Division of Cell Signaling and Molecular Medicine, Institute of Medical Science, University of Tokyo, 4-6-1 Shirokanedai, Minato-ku, Tokyo 108-8639, Japan.

^* These authors contributed equally to this work.

† To whom correspondence should be addressed. E-mail: h-saito@ims.u-tokyo.ac.jp

要約：線虫Caenorhabditis elegansのASER感覚ニューロンは、環境中のNaCl濃度が低下すると興奮する。ERK（細胞外シグナル制御キナーゼ）のホモログであるマイトジェン活性化プロテインキナーゼ（MAPK）MPK-1は、ASER感覚ニューロンの興奮中に活性化される。われわれは蛍光共鳴エネルギー移動（FRET）に基づくMAPK活性のプローブを作製し、ASERニューロンに発現させ、この線虫を様々な周期の刺激（NaCl濃度の変化）に曝露し、MPK-1活性の動態をモニタリングした。その結果、MPK-1活性の強度および持続時間が刺激の時間的パターン、すなわち、刺激期間の長さ、刺激持続時間、刺激間隔の組合せによって決まることが判明した。このような刺激とMPK-1活性化の複雑な非線形性の関係はMPK-1上流の細胞内カルシウム応答の特性によって説明された。このように、われわれは、生きている線虫の感覚ニューロンにおいて、複雑な刺激に対するMAPK活性化の動態を視覚化した。このレポーターは、MAPK経路に関するコンピューター（in silico）予測を検証する目的で高等真核生物に適用可能である。

T. Tomida, S. Oda, M. Takekawa, Y. Iino, H. Saito, The Temporal Pattern of Stimulation Determines the Extent and Duration of MAPK Activation in a Caenorhabditis elegans Sensory Neuron. Sci. Signal. 5, ra76 (2012).