動物初期胚において胚葉形成と発生運命決定をおこなう遺伝子発現調節システム

• Project/Area Number: 20J40280
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 44020:Developmental biology-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 小林(徳岡) 三紀 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(RPD)
• Project Period (FY): 2020-04-24 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 遺伝子発現調節 / 発生生物学 / 初期発生

Outline of Research at the Start

本研究は、ホヤ胚のもつ特徴を利用し、受精卵から胚葉形成を経て発生運命決定に至るまでの遺伝子発現調節システムの全体像を、単一細胞レベルの解像度で明らかにすることを目標に行われる。本研究で用いるホヤは、胚を構成する細胞数が比較的少なく、細胞分裂のパターンや細胞系譜に個体差がないので、細胞間相互作用を含め１細胞レベルの解像度で個体全体の遺伝子発現調節システムを解明することが可能である。本研究を遂行することにより、胚葉形成や発生運命決定に関わる遺伝子発現調節システムを個体全体として整合性のある仕組みとして明らかにすることができると考えている。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、ホヤ胚のもつ特徴を利用し、受精卵から胚葉形成を経て発生運命決定に至るまでの遺伝子発現調節システムの全体像を、単一細胞レベルの解像度で明らかにすることを目標に行われている。
ホヤ胚では32細胞期に個々の細胞がどの胚葉に分化するかが大まかに特殊化される。この仕組みを理解する目的で、我々は32 細胞期から胚性の発現を開始する13個の調節遺伝子に関して、上流調節因子がどのように調節しているかを論理式（調節関数）であらわすことに成功した。
13個の調節遺伝子のうち、Nodalの発現調節に関しては、得られた調節関数は必要条件を示すものの、十分条件を示していないと考えられた。そこで、Nodalの発現に必要な新たな因子を得るためのスクリーニング実験を行い、その結果、転写補因子であるFog (Friend Of Gata)がNodalの発現に関与していることを示す実験結果を得た。今回更新されたNodalの調節関数を用いて再現実験を行ったところ、予測どおりの割球でNodalを発現させることができた。
Gata.aはNodalだけではなく、32細胞期から発現を開始する他の調節遺伝子であるOtx、Zic-r.bの発現にも必要であることが分かっている。しかし、Fogの機能阻害実験を行っても、OtxとZic-r.bの発現には変化がみられなかった。つまりOtx、Zic-r.bの発現にFogは必須ではないといえる。Gata.aを同じように必要とする遺伝子でも、Fogに依存する遺伝子と依存しない遺伝子が存在する理由を調べるために、Gata.aを必要とする調節遺伝子の上流配列を比較し、上流解析実験を行ったところ、Fog依存・非依存は上流の調節領域に起因することが分かった。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] The gene regulatory system for specifying germ layers in early embryos of the simple chordate (2021)
  • Author(s): Tokuoka Miki、Maeda Kazuki、Kobayashi Kenji、Mochizuki Atsushi、Satou Yutaka
  • Journal Title: Science Advances Volume: 7 Issue: 24
  • DOI: 10.1126/sciadv.abf8210
  • NAID: 120007052732
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ホヤ初期胚におけるGata転写補因子Fogの役割 (2022)
  • Author(s): 徳岡 三紀、佐藤 ゆたか
  • Organizer: 日本動物学会 第93回 早稲田大会
• [Presentation] The gene regulatory system for specifying germ layers in early ascidian embryos (2021)
  • Author(s): Miki Tokuoka, Kazuki Maeda, Kenji Kobayashi, Atsushi Mochizuki, and Yutaka Satou
  • Organizer: 日本発生生物学会 第54回大会
• [Presentation] ホヤ32細胞期胚におけるNodalの発現には転写補因子Fogが必要である (2021)
  • Author(s): 徳岡 三紀、佐藤 ゆたか
  • Organizer: 日本動物学会 第92回大会