Study of the pre-adaptation mechanism underlying the evolution of heart outflow tract

Research Project

Project/Area Number	20K06773
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 45020:Evolutionary biology-related
Research Institution	Aoyama Gakuin University
Principal Investigator	守山裕大青山学院大学, 理工学部, 助教 (40646212)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000) Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000) Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000) Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords	心臓 / 流出路 / 進化 / 前適応 / 動脈球 / エラスチン / 心臓流出路 / elastin
Outline of Research at the Start	地球上に存在する全ての生物は生息する環境に適応するようにその形態や生理機能を変化させてきた。なかでも特徴的なものは、鳥類にみられる羽毛や植物にみられる花弁といった、進化的に新規な形質(以下、進化的新規形質と記す)の獲得である。進化的新規形質の獲得メカニズムについては、その多くが単一事象の変化ではなく、複数の形質の変化や転用によってもたらされると考えられているが、その詳細な分子メカニズムについては不明な点が多く残されている。本研究課題では、真骨魚類心臓にみられる動脈球という器官の進化と発生に着目することで、進化的新規形質獲得の詳細な分子メカニズムの解明に迫る。
Outline of Annual Research Achievements	本年度は、心臓流出路を構成する細胞群が細胞外環境の粘弾性や硬さといった物理的特性を感知し自身の運命を制御しているのではないかという仮説を立て、これを検証するための実験系の確立を進めてきた。原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscopy、以下AFM）を利用し、生体試料の弾性率を定量化するために以下のような条件について検討を進めた。1. カンチレバーのばね定数と、カンチレバー先端に接着するビーズの径、またその接着法。2. 心臓各部位の脱細胞化手法。3. AFMにより得られたデータのフィッティング法。本年度では以上の項目について条件検討をおこない、流出路を含む心臓の各部位についてその細胞外環境（細胞外マトリックス）の弾性を評価する系を確立することができた。現在はこの系によってゼブラフィッシュ成魚心臓の各部位の弾性率の評価、また胚発生期における心臓部の弾性率の変化、さらに非真骨魚類であるポリプテルスの心臓各部位の弾性率の評価を進めている。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason AFMによる弾性率評価系の確立に想定以上に時間がかかってしまった。
Strategy for Future Research Activity	今後は、心臓流出路において発現しElastinの凝集、沈着に関わっていることが考えられる候補因子について、その機能が阻害された際の心臓流出路における細胞外環境の弾性率を評価していく。どのように変化しているか、また非真骨魚類であるポリプテルスの心臓流出路と比べてどのような差異が認められるか、という点から心臓流出路の発生と進化について考察を進めていく。