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Studies on the developmental mechanisms of neurons in the left-right asymmetric brain of the Ciona larva with the single cell resolution

Research Project

Project/Area Number 19K16150
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 44020:Developmental biology-related
Research InstitutionHokkaido University (2020-2021)
Konan University (2019)

Principal Investigator

Oonuma Kouhei  北海道大学, 遺伝子病制御研究所, 助教 (70774876)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywordsホヤ / 脳 / 左右非対称 / 細胞系譜 / 遺伝子発現制御 / ホヤ幼生 / 発生メカニズム / 神経細胞 / 遺伝子発現制御ネットワーク / 左右非対称性
Outline of Research at the Start

中枢神経系の細胞が数百個しかないホヤ幼生は、神経系の発生メカニズムを細胞レベルで理解できる優れたモデルである。ホヤ幼生の左右非対称な脳を生み出す発生メカニズムを解明するために、本研究では、まず脳の発生過程で働くすべての転写因子の発現パターンを単一細胞レベルで明らかにする。次に、脳の神経細胞に注目し、その発生に必須な転写因子およびその因子間ではたらく遺伝子発現制御ネットワークの解明を目指す。本研究の完遂は、脊椎動物の脳の起源を探る研究の発展を促す。

Outline of Final Research Achievements

The larva of the ascidian Ciona intestinalis type A (Ciona robusta), which has only 300 cells of the central nervous system, is a useful model for understanding the developmental mechanisms of the nervous system at the single-cell resolution. Recently, in the process of studying the cell lineage of the brain in the Ciona larva, I found that the left-right asymmetry of the brain is more complex than previously reported. However, the developmental mechanisms that develop the left-right asymmetric brain are poorly understood, including in other animals. In this study, I aimed to elucidate the cell lineage of the brain in the Ciona larva and the gene expression regulatory networks (GRNs) that regulate the development of the brain. During 2019-2021, I revealed the complete cell lineage of dopaminergic cells (DA cells), gravity-sensing cells, and lens cells in the brain of the Ciona larva. In addition, I revealed the partial GRNs of the DA cells and the gravity-sensing cells.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、ホヤ胚の卵膜除去による脳胞の構造や左右性の異常という技術的な問題を解決し、正常な脳にあるドーパミン産生細胞やレンズ細胞の、受精卵を起点とした細胞系譜を完全に明らかにした。また、この明らかにした細胞系譜の情報を基に、ドーパミン産生細胞の特異化や決定が生じる時期と、特異化に重要な因子を明らかにした。他の神経細胞についても、その細胞系譜と発生機序の一端を明らかにした。以上の成果により、ホヤと脊椎動物とで脳(特にドーパミン産生細胞)の発生機序を単一細胞レベルで比較するための土台を初めて築いた。今後、本研究の成果を基にした、単一細胞レベルでの神経回路形成の解析や機能解析への展開が期待される。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (18 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] The complete cell lineage and MAPK- and Otx-dependent specification of the dopaminergic cells in the Ciona brain2021

    • Author(s)
      Kouhei Oonuma, Takehiro G. Kusakabe
    • Journal Title

      Development

      Volume: 148 Issue: 12 Pages: 1-12

    • DOI

      10.1242/dev.198754

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Evolution of Developmental Programs for the Midline Structures in Chordates: Insights From Gene Regulation in the Floor Plate and Hypochord Homologues of Ciona Embryos2021

    • Author(s)
      Kouhei Oonuma, Maho Yamamoto, Naho Moritsugu, Nanako Okawa, Megumi Mukai, Miku Sotani, Shuto Tsunemi, Haruka Sugimoto, Eri Nakagome, Yuichi Hasegawa, Kotaro Shimai, Takeo Horie, Takehiro G. Kusakabe
    • Journal Title

      Frontiers in Cell and Developmental Biology

      Volume: 9 Pages: 1-12

    • DOI

      10.3389/fcell.2021.704367

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A single motor neuron determines the rhythm of early motor behavior in Ciona2021

    • Author(s)
      Taichi Akahoshi, Madoka K. Utsumi, Kouhei Oonuma, Makoto Murakami, Takeo Horie, Takehiro G. Kusakabe, Kotaro Oka, Kohji Hotta
    • Journal Title

      Science Advances

      Volume: 7 Issue: 50 Pages: 1-12

    • DOI

      10.1126/sciadv.abl6053

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] The complete cell lineage and MAPK- and Otx-dependent specification of the dopaminergic cells in the Ciona brain2022

    • Author(s)
      大沼耕平、日下部岳広
    • Organizer
      第1回NBRPホヤ主催オンラインセミナー
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ホヤ幼生の脳にあるドーパミン産生細胞の発生メカニズムの解析2021

    • Author(s)
      大沼耕平、日下部岳広
    • Organizer
      日本動物学会第92回大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 脊索動物の正中構造の発生プログラム進化とヘッジホッグシグナルの役割2021

    • Author(s)
      日下部岳広、佐藤由奈、関彩花、山本真帆、森継奈穂、大川奈菜子、曽谷実玖、圓尾綾菜、常深秀人、堀江健生、笹倉靖徳、大沼耕平
    • Organizer
      日本動物学会第92回大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ホヤ幼生尾部神経索グリア細胞の多様性と機能2021

    • Author(s)
      曽谷実玖、大川奈菜子、堀江健生、大沼耕平、日下部岳広
    • Organizer
      第44回日本分子生物学会年会
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  • [Presentation] 脊索動物の正中構造の発生プログラム進化とヘッジホッグシグナルの役割2021

    • Author(s)
      日下部岳広、佐藤由奈、関彩花、山本真帆、森継奈穂、大川奈菜子、曽谷実玖、圓尾綾菜、常深秀人、堀江健生、笹倉靖徳、大沼耕平
    • Organizer
      第44回日本分子生物学会年会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ホヤ幼生の脳にあるグルタミン酸作動性ニューロンの細胞系譜と 発生メカニズムの解析2020

    • Author(s)
      大沼 耕平、日下部 岳広
    • Organizer
      日本動物学会第91大会2020
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  • [Presentation] ホヤ神経索特異的遺伝子群の同定と発現調節機構の解析2020

    • Author(s)
      曽谷 実玖、大川 奈菜子、山本 真帆、堀江 健生、大沼 耕平、日下部 岳広
    • Organizer
      日本動物学会第91大会2020
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Ca2+振動する一対の運動ニューロンA10.64はホヤにおいて初期の自発的運動を制御する2020

    • Author(s)
      赤星 太一、大沼 耕平、村上 誠、堀江 健生、日下部 岳広、岡 浩太郎、堀田 耕司
    • Organizer
      日本動物学会第91大会2020 関連集会 第38回ホヤの生物学談話会
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      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] ホヤ神経索特異的遺伝子群の同定と発現調節機構の解析2020

    • Author(s)
      曽谷実玖、山本真帆、中村瑞葉、大川奈菜子、大沼耕平、日下部岳広
    • Organizer
      第5会ホヤ研究会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 眼点レンズ細胞の細胞系譜と発生機構2020

    • Author(s)
      古結大樹、緒方翼、大沼耕平、日下部岳広
    • Organizer
      第5会ホヤ研究会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] ホヤ幼生脳胞の完全な細胞系譜の解明と発生機構2020

    • Author(s)
      大沼 耕平、日下部 岳広
    • Organizer
      第5会ホヤ研究会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Left-right asymmetric development of cells in the larval brain of Ciona2019

    • Author(s)
      Kouhei Oonuma and Takehiro G. Kusakabe
    • Organizer
      10th International Tunicate Meeting
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ホヤ幼生の脳にあるドーパミン産生細胞の細胞系譜の完全解明2019

    • Author(s)
      大沼耕平、日下部岳広
    • Organizer
      日本動物学会 第90回大阪大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] ホヤ胚のフロアプレートと内胚葉索に共通な遺伝子発現調節機構の解析2019

    • Author(s)
      山本真帆、森継奈穂、常深秀人、堀江健生、大沼耕平、日下部岳広
    • Organizer
      2019年度 日本動物学会近畿支部 春季研究発表会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Evolution of developmental programs for the midline structure in chordates: insights from gene regulation in the floor plate and hypo chord homologues of Ciona embryos2019

    • Author(s)
      Shuto Tsunami, Naho Moritsugu, Kouhei Oonuma, Mike Levine, Takeo Horie and Takehiro G. Kusakabe
    • Organizer
      10th International Tunicate Meeting
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ホヤ胚のフロアプレートと内胚葉索にみられる遺伝子発現調節機構の共通性2019

    • Author(s)
      山本真帆、森継奈穂、常深秀人、大川奈菜子 、堀江健生、大沼耕平、日下部岳広
    • Organizer
      日本動物学会 第90回大阪大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 脊索動物胚の中軸構造の発生を制御する遺伝子プログラムの進化:フロアプレートとハイポコードの遺伝子発 現調節機構の共通性2019

    • Author(s)
      山本真帆、森継奈穂、常深秀人、大川奈菜子 、堀江健生、大沼耕平、日下部岳広
    • Organizer
      第42回 日本分子生物学会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] ホヤ幼生眼点のレンズ特異的分子マーカーの同定とレンズ細胞の発生機構の解析2019

    • Author(s)
      緒方翼、佐藤南美、大沼耕平、日下部岳広
    • Organizer
      第42回 日本分子生物学会
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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