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Molecular mechanisms of cellular organization and operation in the ascidian heart

Research Project

Project/Area Number 20K06713
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 44040:Morphology and anatomical structure-related
Research InstitutionHirosaki University

Principal Investigator

Nishino Atsuo  弘前大学, 農学生命科学部, 教授 (50343116)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 藤原 滋樹  高知大学, 教育研究部自然科学系理工学部門, 教授 (40229068)
藤本 仰一  大阪大学, 大学院理学研究科, 准教授 (60334306)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywordsペースメーカー細胞 / リズム生成 / 進化 / 脊索動物 / 尾索動物 / 被嚢動物 / 心臓 / 拍動 / リズム形成
Outline of Research at the Start

心臓は,脊椎動物にとって不可欠な器官であるが,その進化的起源については未だ不明な点が多い。脊椎動物に最も近縁な無脊椎動物であるホヤ類も心臓をもつが,ホヤ類の心臓は定期的に拍動方向を反転させるという奇妙な特徴をもつ。本研究は,ホヤ心臓の部域特異的トランスクリプトーム解析,ゲノム編集技術を使った遺伝子機能解析,電気生理学解析,数理モデルによるin silico実験を行い,ホヤの心臓の構築と動作に関する分子メカニズムを解明する。これにより,長年謎だったホヤ心臓の拍動反転の仕組みを明らかにするとともに,脊椎動物の心臓の構築プランの進化的起源を解明する。

Outline of Final Research Achievements

The heart is an essential organ in vertebrate animals, but its evolutionary origin is not so much clarified yet. Ascidians belong to an animal group that is most closely related to the vertebrate lineage. Despite their close relationship to vertebrates, the heart of ascidians is known to show a peculiar characteristic; the direction of pulsatile waves in the heart intermittently reverses. We analyzed the heart of Ciona, an ascidian experimental model and revealed that two independent cell populations that were located within < 5% terminal regions of the heart tube constitute sufficient pacemakers for heart pulsations. In addition, this study included transcriptome analyses among these pacemaker regions and non-pacemaker regions in between, which revealed that a particular ion channel encoding gene was expressed in one of the pacemaker cell populations. A gene knock-out analysis on this gene using TALEN constructs led to a severe phenotype in the heart.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

心臓の働きは,「生きている」状態をもっとも端的に象徴する。脊椎動物にとって,心臓は不可欠な器官だが,その進化的起源には不明な点が多く残されている。その理由の一つは,脊椎動物に最も近縁な無脊椎動物の系統である被嚢動物がもつ心臓が,定期的に拍動する方向を変更するという,我々の心臓とは似ても似つかぬ奇妙な特徴を示すことにあると考えられる。我々は,ホヤと脊椎動物の心臓は,実は二つの振動子が結合されている系として共通していると考え,それらの間の共通点を探った。本研究は,拍動を制御するペースメーキングの分子機構のレベルで,ホヤと脊椎動物の心臓には共通点があることを明らかにした。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (9 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] The trunk?tail junctional region in <i>Ciona</i> larvae autonomously expresses tail-beating bursts at ?20?second intervals2022

    • Author(s)
      Hara Takashi、Hasegawa Shuya、Iwatani Yasushi、Nishino Atsuo S.
    • Journal Title

      Journal of Experimental Biology

      Volume: 225 Issue: 13

    • DOI

      10.1242/jeb.243828

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Heterologous functional expression of ascidian Nav1 channels and close relationship with the evolutionary ancestor of vertebrate Nav channels2021

    • Author(s)
      Kawai Takafumi、Hashimoto Masaki、Eguchi Natsuki、Nishino Junko M.、Jinno Yuka、Mori-Kreiner Risa、Aspaker Mans、Chiba Daijiro、Ohtsuka Yukio、Kawanabe Akira、Nishino Atsuo S.、Okamura Yasushi
    • Journal Title

      Journal of Biological Chemistry

      Volume: 296 Pages: 100783-100783

    • DOI

      10.1016/j.jbc.2021.100783

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Bilaterally Asymmetric Helical Myofibrils in Ascidian Tadpole Larvae.2021

    • Author(s)
      Matsuo K, Tamura R, Hotta K, Okada M, Takeuchi A, Wu Y, Hashimoto K, Takano H, Momose A, Nishino A.
    • Journal Title

      Frontiers in Cell and Developmental Biology

      Volume: 9 Pages: 800455-800455

    • DOI

      10.3389/fcell.2021.800455

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] An autonomous tail-beating cycle period expressed by a region- specific swimming pattern generator in the Ciona larva2021

    • Author(s)
      Takashi Hara, Shuya Hasegawa, Yasushi Iwatani, Atsuo S. Nishino
    • Journal Title

      bioRxiv

      Volume: -

    • DOI

      10.1101/2021.04.12.439438

    • Related Report
      2020 Research-status Report
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    • Author(s)
      藤掛雄馬、西野純子、笹倉靖徳、西野敦雄
    • Organizer
      日本生理学会第100回記念大会(京都)
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] マボヤ幼生の筋細胞表面のアクチン繊維が平行に並ぶ要因の探索2022

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      山本篤郎、西野敦雄
    • Organizer
      日本動物学会令和4年度東北支部大会(弘前大会)
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      2022 Annual Research Report
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      長谷川修也、原隆志、岩谷靖、西野敦雄
    • Organizer
      日本動物学会令和4年度東北支部大会(弘前大会)
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  • [Presentation] カタユウレイボヤの心臓におけるCyp26の役割2022

    • Author(s)
      齊藤瞭汰、高見優花、永友大暉、藤掛雄馬、西野純子、笹倉靖徳、西野敦雄、藤原滋樹
    • Organizer
      日本分子生物学会第45回年会(幕張)
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] カタユウレイボヤの心臓におけるイオンチャネルに注目したRNA-seq解析およびHCNチャネルの発現解析2022

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      藤掛雄馬、西野純子、西野敦雄
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      日本生理学会第99回大会(仙台大会)
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      藤掛雄馬、西野敦雄
    • Organizer
      日本動物学会92回大会(オンライン米子大会)
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      吉田峻馬、笹平素生、西野純子、西野敦雄、曽我部篤
    • Organizer
      日本動物学会第92回大会(オンライン米子大会)
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      西野純子,井上潤,神田真司,西野敦雄
    • Organizer
      日本動物学会令和2年度東北支部大会(オンライン開催)
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    • Author(s)
      西野将智,黒岩夏澄,西野敦雄
    • Organizer
      日本動物学会令和2年度東北支部大会(オンライン開催)
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      2020 Research-status Report
  • [Book] 動物の事典2020

    • Author(s)
      末光隆志(編)
    • Total Pages
      772
    • Publisher
      朝倉書店
    • ISBN
      9784254171662
    • Related Report
      2020 Research-status Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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