構成的アプローチによる体節時計の仕組みの解明

• Project/Area Number: 16KT0178
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 特設分野
• Research Field: Constructive Systems Biology
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 松田 充弘 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 研究員 (10709752)
• Project Period (FY): 2016-07-19 – 2019-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2019: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); 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: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
• Keywords: 遺伝子発現振動 / 再構成 / 体節時計 / 人工遺伝子回路 / 振動 / 同調 / 遺伝子回路 / 細胞間同調

Outline of Annual Research Achievements

本研究は遺伝子発現振動の仕組みを構成的に理解することを目的とした。これまでに得られている知見をもとに、培養細胞に人工的な遺伝子回路を再構成し遺伝子発現振動を再現しようとしたができなかった。そこで、これまでの知見は十分ではないと考え、実際の遺伝子発現振動を解析できる系の開発・理解を目標とし、体節時計に着目した。
体節時計は未分節中胚葉の細胞においてみられるHes遺伝子の転写ネガティブフィードバック回路を中心とした仕組みで実現される遺伝子発現振動である。この発生期に見られる遺伝子発現振動をin vitroで再現することを目的とした。
本研究でマウスES細胞を未分節中胚葉様の細胞にin vitro誘導し、遺伝子発現を観察することに成功した。ES細胞をActivinとFGFで処理することで、エピブラストステムセル（EpiSC）に誘導し、その後TGFb、BMP阻害剤、さらにCHIR、FGFで処理することでHes7の遺伝子発現振動が安定してみられる系の開発に成功した。
本研究は当初ロバストな遺伝子発現振動の再構成を目的とし、それが遺伝子発現振動要素と細胞間同調要素を組み合わせることで実現されるものと考えていた。しかしin vitro誘導した未分節中胚葉の細胞で見られる遺伝子発現振動は同調要素がなくてもロバストであることが分かった。この結果は現在論文投稿中である。今後はどのような機構がロバストな振動を実現しているかについて解析を進め、その機構によって人工的な遺伝子発現振動の再構成がなされるであろう。

Research Products

• [Presentation] Repression of Notch signaling by Dlx2 and Bend3 (2016)
  • Author(s): 松田充弘
  • Organizer: the 10th Notch Meeting
  • Place of Presentation: 国立遺伝学研究所
  • Year and Date: 2016-10-05