終脳発生の進化的多様性の起源解明に向けた比較オミックス解析

• Project/Area Number: 15J06414
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Developmental biology
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 上坂 将弘 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2017: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2016: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2015: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 進化発生 / 終脳発生 / 進化 / 発生

Outline of Annual Research Achievements

生物の様々な行動を司る終脳の発生は、各系統に特徴的な形態と脳機能が密接に関わり合いながら進行する。脊椎動物の終脳の進化に関しては比較形態学的知見が蓄積されてきた一方で、こうした終脳形態の多様性に対応する発生プログラムと、その進化的変化は殆どわかっていない。本研究は、脊椎動物進化の過程で獲得されてきたゲノム配列がどのように現生生物種の発生プログラムにおいて機能しているかを調べることを目的とし、解析を進めた。
本年度は、これまでに収集した遺伝子発現プロファイル、オープンクロマチンプロファイルとゲノム比較情報を統合し解析を進めた。まず、マウスの終脳の遺伝子発現プロファイルを用いて、終脳の発生プログラムが進化的にどの程度変化してきたかを調べた。その結果、終脳発生における遺伝子発現プロファイルは発生の進行に従って進化的に新しい遺伝子が増加していく傾向が見られた。この傾向は、咽頭胚期以降の発生過程において全胚由来の遺伝子発現プロファイルは多様化していくという知見と一致する。また、終脳と胚全体の遺伝子発現プロファイルを比較したところ、遺伝子の獲得と喪失の観点からすれば、終脳の発生プログラムは進化的に比較的古い遺伝子からなること示唆された。
脊椎動物の進化において変化が生じたゲノム領域は、遺伝子外領域が多くを占めることが明らかになってきた。そこで、終脳発生プログラムにおいて活性化される遺伝子制御領域を調べるために、終脳発生と全胚発生のATAC-seqデータを解析した。どちらのデータにおいても、殆どのオープンクロマチン領域が、脊椎動物以降の進化の過程で獲得されたものであった。
以上の遺伝子や遺伝子制御領域のゲノム進化に着目した解析結果から、脊椎動物進化において終脳の発生プログラムは器官発生の初期ほど変化してこなかったと考えられ、また終脳の発生プログラムは進化的に古い可能性が示唆された。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Embryonic lethality is not sufficient to explain hourglass-like conservation of vertebrate embryos (2018)
  • Author(s): Yui Uchida, Masahiro Uesaka, Takayoshi Yamamoto, Hiroyuki Takeda and Naoki Irie
  • Journal Title: EvoDevo Volume: 9:7 Issue: 1 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1186/s13227-018-0095-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Evolutionary acquisition of promoter-associated non-coding RNA (pancRNA) repertoires diversifies species-dependent gene activation mechanisms in mammals. (2017)
  • Author(s): Masahiro Uesaka, Kiyokazu Agata, Takao Oishi, Kinichi Nakashima, Takuya Imamura
  • Journal Title: BMC Genomics Volume: 18 Issue: 1 Pages: 285-285
  • DOI: 10.1186/s12864-017-3662-1
  • NAID: 120006305760
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Constrained vertebrate evolution by pleiotropic genes. (2017)
  • Author(s): Hu H, Uesaka M, Guo S, Shimai K, Lu TM, Li F, Fujimoto S, Ishikawa M, Liu S, Sasagawa Y, Zhang G, Kuratani S, Yu JK, Kusakabe TG, Khaitovich P, Irie N; EXPANDE Consortium.
  • Journal Title: Nat Ecol Evol Volume: 1 Issue: 11 Pages: 1722-1730
  • DOI: 10.1038/s41559-017-0318-0
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] miR-199a links MeCP2 with mTOR signaling and its dysregulation leads to Rett Syndrome phenotypes. (2015)
  • Author(s): Tsujimura K, Irie K, Nakashima H, Egashira Y, Fukao Y, Fujiwara M, Itoh M, Uesaka M, Imamura T, Nakahata Y, Yamashita Y, Abe T, Takamori S, Nakashima K.
  • Journal Title: Cell Rep Volume: 12 Issue: 11 Pages: 1887-1901
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2015.08.028
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Species-specific repertories of promoter-associated non-coding RNAs may contribute to the diversification of gene expression profile (2015)
  • Author(s): 上坂 将弘
  • Organizer: 第48回 日本発生生物学会年会 (2015 JSDB-APDBN meeting)
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県・つくば市）
  • Year and Date: 2015-06-02
• [Presentation] Species-specific repertories of promoter-associated non-coding RNAs may contribute to the diversification of gene expression profile (2015)
  • Author(s): 上坂 将弘
  • Organizer: 第9回日本エピジェネティクス研究会年会
  • Place of Presentation: 学術総合センター（東京都・千代田区）
  • Year and Date: 2015-05-25