中枢神経の出現に伴う腸管神経系の進化

• Project/Area Number: 17J00034
• 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: 谷口 順子 筑波大学, 生命環境系, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 腸管神経様細胞 / ノックアウトウニ / 腸管神経系 / 一酸化窒素合成酵素 / Synaptotagmin B

Outline of Annual Research Achievements

ウニの腸管に数個の神経様細胞が存在することを2018年度までに報告し、2019年度はその機能に着目した研究を行った。腸管神経系は胃と腸の間の幽門近郊に存在することから、幽門開閉に関わることが示唆されてきたが、関与する神経伝達物質やその伝達のメカニズムの詳細は未知であった。そこで、この時期のウニ胚に存在することが知られている神経伝達物質の阻害実験や、神経伝達物質を胚に直接添加するなどの実験を行った。その中でウニ腸管の形成や機能に影響を及ぼしている可能性を持つ候補因子が見つかり、その伝達経路の解析も含め、今後の研究につながる成果を得ることができた。
また、ウニ胚における遺伝子発現の阻害実験にはこれまでモルフォリノ・アンチセンスオリゴを卵に注入する方法が主に用いられてきたが、現在ゲノム編集の主流であるCRISPR-Cas9システムを適応してノックアウトウニの作製を試みた。破壊対象遺伝子としては、色素合成を担うポリケチド合成酵素Polyketide synthase 1 (Pks1) を選択し、実際にF0世代からアルビノウニを作製することができ、さらに、それらの掛け合わせた子孫のF2世代から、ホモ接合型変異体であるアルビノウニを作製することができた。これは世界で初めてのホモ接合型変異体ウニである。ウニでもノックアウト系統を作製することを証明できたため、この技術を利用して腸管神経に関与する遺伝子のノックアウト系統作成を試みることが今後可能となった。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Establishment of homozygous knock-out sea urchins (2020)
  • Author(s): Shunsuke Yaguchi, Junko Yaguchi, Haruka Suzuki, Sonoko Kinjo, Masato Kiyomoto, Kazuho Ikeo, Takashi Yamamoto
  • Journal Title: Current Biology Volume: 30(10)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] cis ‐Regulatory analysis for later phase of anterior neuroectoderm‐specific foxQ2 expression in sea urchin embryos (2019)
  • Author(s): Yamazaki Atsuko、Yamamoto Akane、Yaguchi Junko、Yaguchi Shunsuke
  • Journal Title: genesis Volume: 57 Issue: 6
  • DOI: 10.1002/dvg.23302
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evolution of nitric oxide regulation of gut function (2019)
  • Author(s): Yaguchi Junko、Yaguchi Shunsuke
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 116 Issue: 12 Pages: 5607-5612
  • DOI: 10.1073/pnas.1816973116
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microinjection methods for sea urchin eggs and blastomeres (2019)
  • Author(s): Yaguchi Junko
  • Journal Title: Methods in Cell Biology Volume: 150 Pages: 173-188
  • DOI: 10.1016/bs.mcb.2018.09.013
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Meis transcription factor maintains the neurogenic ectoderm and regulates the anterior-posterior patterning in embryos of a sea urchin, Hemicentrotus pulcherrimus (2018)
  • Author(s): Yaguchi Junko、Yamazaki Atsuko、Yaguchi Shunsuke
  • Journal Title: Developmental Biology Volume: 444 Issue: 1 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2018.09.018
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ウニ幽門近郊の腸管神経系の形態と機能 (2019)
  • Author(s): 谷口 順子
  • Organizer: 日本動物学会 第90回
• [Presentation] ウニ幼生の消化管－形成過程とその機能－ (2017)
  • Author(s): 谷口順子
  • Organizer: 第88回 日本動物学会 富山
  • Invited