棘皮動物の幼生骨片形成に関わる初期発生メカニズムの進化

• Project/Area Number: 16J40008
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Evolutionary biology
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 山嵜 敦子 筑波大学, 生命環境系, 特別研究員(RPD) (50710860)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2016: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 遺伝子重複 / 遺伝子調節ネットワーク / ホメオボックス遺伝子 / 転写因子 / 遺伝子ネットワーク / 進化発生学

Outline of Annual Research Achievements

昨年度までに、原始的ウニのノコギリウニからPmar1を同定し、ウニ以外の棘皮動物からはPmar1は見つからなかったものの、Pmar1に近縁なホメオボックス遺伝子を複数同定し、phb遺伝子とした。本年度は、Pmar1とPhbの機能がどのように進化したかを明らかにするため、ノコギリウニとイトマキヒトデを用いて機能解析を行なった。一般的なウニではPmar1を過剰発現すると、全ての細胞が骨形成細胞へと発生する。しかし、ノコギリウニを用いてPmar1の過剰発現実験を行なった結果、中胚葉性細胞は増加するが、骨形成細胞は増加しなかった。また、過剰発現胚では一般的なウニと同様にEts1やAlx1が活性化されたものの、HesCも全体で活性化された。以上の結果から、ノコギリウニにおいてもPmar1は中胚葉性細胞の特異化に関わっているが、HesCを介さずにAlx1やEts1を活性化していることが示唆された。一方、イトマキヒトデを用いてPhbのノックダウン実験を行なったところ、原腸形成と間充織細胞形成の阻害とEts1、HesCの発現抑制が観察された。また、Engrailed repressor domainもしくはVP16 activation domainとPhbの融合タンパクの過剰発現実験から、ヒトデのPhbも転写抑制因子であることが示された。従って、ヒトデにおいてもPhbは未知の転写抑制因子を抑制することで、Ets1とHesCを活性化していることが示唆された。
今回得られた結果は、（1）Pmar1遺伝子がウニの共通祖先でPhbの重複によって獲得されたこと、（2）Pmar1の祖先遺伝子はヒトデとウニの共通祖先で既に中胚葉への機能をもっていたこと、（3）原始的ウニと一般的なウニの祖先が分かれた後、一般的なウニの祖先で、Pmar1の下流にHesCが挿入されたこと、を示唆した。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Presentation] Evolution of larval skeletogenic mechanism: developmental system drift in echinoderm (2018)
  • Author(s): Atsuko Yamazaki, Yoshiaki Morino, Hiroshi Wada
  • Organizer: Joint Meetings of JSCB 70th & JSDB 51st
• [Presentation] Evolution of larval skeletogenic mechanism: developmental system drift in echinoderm (2018)
  • Author(s): Atsuko Yamazaki, Yoshiaki Morino, Hiroshi Wada
  • Organizer: 16th International Echinoderm Conferenre
• [Presentation] Evolution of upstream regulatory system for larval skeletogenic cell specification in echinoderm (2018)
  • Author(s): Atsuko Yamazaki, Yoshiaki Morino, Hiroshi Wada
  • Organizer: Developmental Biology of the Sea Urchin XXV
• [Presentation] 棘皮動物の骨の進化を探る：NGSによる骨形成調節遺伝子の探索 (2017)
  • Author(s): 山嵜敦子、守野孔明、和田洋
  • Organizer: 第5回NGS現場の会
  • Place of Presentation: 宮城県 仙台市、仙台国際センター展示棟
  • Year and Date: 2017-05-22
• [Presentation] The screening of adult skeletogenic genes in a starfish Patiria pectinifera: Implications for innovation of larval skeletons in echinoderm (2016)
  • Author(s): Atsuko Yamazaki, Yoshiaki Morino, Mao Nitobe, Hiroshi Wada
  • Organizer: 22nd International Congress of Zoology & the 87th meeting of the ZSJ
  • Place of Presentation: 沖縄県 宜野湾市、沖縄コンベンションセンター
  • Year and Date: 2016-11-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Characterization of gene regulatory network for adult skeletogenesis in a starfish Patiria pectinifera: Implications for innovation of larval skeletons in echinoderm (2016)
  • Author(s): Atsuko Yamazaki, Yoshiaki Morino, Mao Nitobe, Hiroshi Wada
  • Organizer: The European Society for Evolutionary Developmental Biology
  • Place of Presentation: Uppsala, Sweden
  • Year and Date: 2016-07-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] イトマキヒトデの成体骨片形成メカニズムの解析：幼生骨片の「起源」を探る (2016)
  • Author(s): 山嵜敦子、守野孔明、山川隼平、仁戸部真生、和田洋
  • Organizer: 第13回棘皮動物研究集会
  • Place of Presentation: 東京都 港区、東京海洋大学品川キャンパス
• [Book] Cidaroids, clypeasteroids, and spatangoids: Procurement, culture, and basic methods (Method in Cell Biology 150-Echinoderms Part A, Chapter 4) (2019)
  • Author(s): Taku Hibino, Takuya Minokawa, Atsuko Yamazaki
  • Total Pages: 23
  • Publisher: Elsevier
  • ISBN: 0128159545