What developmental mechanisms make the robust correlations of the anatomical structures and embryonic primordia?
| Project/Area Number |
20K15858
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 45030:Biodiversity and systematics-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
東山 大毅 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 特任研究員 (40816625)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | 形態 / 進化 / 発生 / 神経堤細胞 / 解剖 / マウス / 顎顔面 / 空間トランスクリプトーム / 頭部 / 顔面 / 哺乳類 / 脊椎動物 / 顔面形成 / 進化発生学 / 骨格 / 形態形成 |
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| Outline of Research at the Start |
動物の形態は多様でありながらも一定の「ボディプラン」、構造の相対的位置関係が保たれる。これが成り立つ背景にある機構はいまだ解決されない大きな問題だ。本研究の代表者はこれまで「少なくとも顔面においては、（たとえ原基同士が融合し物理的な境界が失われてさえ）発生原基と解剖学的構造が実際に頑健に対応する」という成果を実験的に示した。本研究課題はこのモデルを主に用いながらもさらに拡張し、「顔面以外ではどの程度成立するのか」「逸脱できる構造はどのような条件で逸脱するのか」など、より一般性に向けた議論を発展させてゆくものである。
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| Outline of Annual Research Achievements |
脊椎動物の頭部は複数の顔面原基から構成されており、それらの組合せ方によって骨格や神経など、多くの解剖学的構造の位置関係が決定づけられる。これは古くから教科書的に知られる知識ではあるものの、では実際にどの構造が対応しどのような条件で破綻するか、それらが動物間の様々な顔の差異をどう形作るかといった検証はほぼ無い。この現象を知ることは、複雑な解剖学的構造を伴う我々の形態を法則的に理解する上での必須な知見となるだろう。
当該年度は、遺伝子改変マウス（Dlx1-CreERT2マウス）を主に用いた顔面原基の系譜追跡実験を含めた論文発表をおこなった。この論文ではマウスの上あごの中で唯一上顎突起を標識しても標識細胞が分布しない領域、「一次口蓋領域」に着目した。この領域は上あごにありながら鼻口蓋神経の支配を受ける唯一の領域であり、上顎神経の支配を受ける他の上顎突起由来領域とは明らかに独立した構造を持っている。つまり発生の由来と末梢神経の分布とが奇妙なほど一致しているのである。本論文では、この領域特異的な骨格要素である切歯骨の口蓋突起もまた他の骨格要素とは異なる発生学的/進化的由来をもつことを考察した。
さらに、昨年度計画したとおり、加速器SPring-8をもちいた超解像度マイクロCTスキャンを用いてワニの後期胚の撮影を行い、一見他の動物と大きく異なる上あごの構造の発生を観察するために三次元構築を継続中である。
また、マウス胚を用いた空間トランスクリプトームも共同研究として継続しており、顔面形成の背景にある分子的メカニズムの網羅的探索を試みている。
他に当該年度は、これまで得られたマウス頭部の三次元像を応用して共同研究によりコウモリの頭部の解剖学論文を発表したほか、本研究課題の目標の先にある頭部の最も劇的な変遷、つまり顎の進化の解明を見据え、顎を持たない脊椎動物であるヌタウナギの解剖学論文も発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
新型コロナウィルスの流行に伴って先の年度までは計画の変更を余儀なくされたが、当該年度は論文としてひとつの成果をまとめることができた。また自粛時の交流によって構築された共同研究によって、当初の研究計画以上に目標に対して効果的だと予想されるような、非モデル動物との比較や空間トランスクリプトームを用いた検証も可能となり、なおかつこれらは順調に進んでいる。以上の点を鑑みると、当初の計画通りとはいかないものの、研究目標に対しては順調な進展が見られていると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
コロナ禍の自粛期間中以降で個体数を減らした遺伝子改変マウス（Dlx1-CreERT2マウス）も再び使えるようになったため、当初の計画に沿ってDlx1陽性細胞を標識した、上下顎突起の発生系譜追跡実験と解剖学的構造との対応関係の検証を継続的に進める。
また、先に言及したワニのように、一見して末梢神経と骨格との対応関係が他の動物と比較して大幅にズレた動物の上あごが如何にして発生し、またそれがどのように進化してきたのかをマイクロCTスキャン等を用いて検証し、論文化してゆく。
さらにマウスの空間トランスクリプトームデータを先のDlx1-CreERT2マウスの系譜追跡実験と比較し、系譜を同じくする領域と他の領域の間の差を分子的な差異として検出できるのかどうか、またそれが顔面原基の結合する前後でいかに変化してゆくかを検証し、論文にまとめはじめる。
また、神経のような複雑な解剖学的構造を含めた頭部、特に顎顔面の発生と進化は極めて難解であり、昨今の研究の展開は多くの人にとって理解することが困難である。そこで、発生と進化についての総説と展望をまとめ、かつ我々の研究をそこに位置づけることによって、我々の研究の普及と引き続く新たな研究分野の土台を固めることを目指す。
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Report
(3 results)
Research Products
(23 results)
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[Journal Article] Mammalian face as an evolutionary novelty2021
Author(s)
Higashiyama H, Koyabu D, Hirasawa T, Werneburg I, Kuratani S, Kurihara H
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Journal Title
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
Volume: 118
Issue: 44
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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