Molecular dissection of matorisome in a high-regenerative capability animal, salamanders

• Project/Area Number: 21H03829
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 90120:Biomaterials-related
• Research Institution: National Institute for Basic Biology
• Principal Investigator: 鈴木 賢一 基礎生物学研究所, 超階層生物学センター, 特任准教授 (90363043)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 遠藤 哲也 愛知学院大学, 教養部, 准教授 (90399816)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥16,770,000 (Direct Cost: ¥12,900,000、Indirect Cost: ¥3,870,000); Fiscal Year 2023: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2022: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000); Fiscal Year 2021: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000)
• Keywords: 器官再生 / マトリソーム / イモリ / 再生芽 / 四肢再生 / オミクス解析 / イベリアトゲイモリ / ECM / トランスオミックス / マウス / プロテオミクス

Outline of Research at the Start

本申請課題は、オミックス解析と逆遺伝学的解析が可能となった有尾両生類であるイベリアトゲイモリをモデルとして、高度な器官再生を可能とするマトリソーム因子を徹底的に同定し、器官再生におけるそれらの機能や役割を理解することである。さらに、この再生マトリソームが高等生物に及ぼす効果を評価し、組織工学や再生医療へ革新的な生体材料の開発に繋がる知見を供することを最終目標とする。

Outline of Annual Research Achievements

有尾両生類は脊椎動物の中でも卓越した器官再生能力を有する。レンズ、四肢、心臓、さらには脳に至るまで、形態的かつ機能的に再生させることが可能であるため、その高度な能力は古くから生物学において注目されてきた。有尾両生類の四肢再生時には、筋菅・軟骨・皮膚繊維芽細胞が脱分化し、未分化間葉系幹細胞の特徴を持った再生芽細胞の塊である再生芽が形成される。脱分化を促進し、再生芽細胞の増殖を支え、様々な組織由来の細胞を呼び込んで器官再生を完遂させる再生特有の細胞外環境を解明すれば、組織工学や再生医療を革新的発展に導く知見が得られると期待できる。
再生中の器官には、細胞の脱分化や幹細胞の増殖を保証するための「細胞外マトリックス」や「分泌性増殖因子」で構成された特殊なマトリソームが存在していると考えられている。本研究では、イモリの器官再生中のマトリソームをオミックス解析で徹底的に同定し、 再生特有なマトリソーム因子の器官再生における役割をゲノム編集技術により個体レベルで理解する。さらに、再生マトリソームが高等生物の幹細胞増殖や創傷治癒に及ぼす効果を評価する。以上の結果から、イモリが持つ高度な器官再生能力の原理を読み解き、生体材料工学における画期的な材料開発の手がかりとなる知見を供することを最終目的とする。
令和四年度は先進ゲノム支援の協力によりイベリアトゲイモリゲノムの整備が進み、更なるオミックス解析が可能となり大きな進展となった。ゲノムデータを用いて引き続きイモリ四肢再生芽のトランスオミクス解析を中心に、再生芽における重要なECM遺伝子群のノックアウト解析、および機能解析に必要なトランスジェニック技術の開発を行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ある程度当初の計画通りに進んでいる上、本研究課題を深化させるための新しい技術の導入や整備も積極的に行うことができたため、(2)に該当すると判断した。

Strategy for Future Research Activity

再生芽を構成する「細胞外マトリックス」と結合している「分泌性因子」群の集合体であるマトリソームを網羅的かつ徹底的に同定するためマトリソームのトランスオミクス解析を引き続き行う。注目すべきECMや分泌性因子に関しても引き続きイモリ個体を用いた機能解析を引き続き行う計画である。加えて、四肢再生におけるマトリソームの変化を分子、単一細胞レベル、そして時空間的に解析する研究も展開する予定である。また、マウス四肢再生におけるマトリソームの機能解析も研究分担者と進めており、今後の成果を期待したい。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Karolinska Ins.(スウェーデン)
• [Int'l Joint Research] MaxPlanck Ins. CBG(ドイツ)
• [Journal Article] Sequencing and chromosome-scale assembly of the giant Pleurodeles waltl genome (2022)
  • Author(s): Brown T, Elewa A, Iarovenko S, Subramanian E, Araus AJ, Petzold A, Susuki M, Suzuki K, Hayashi T, Toyoda A, Oliveira C, Osipova E, Leigh D, Simon A, Yun M
  • Journal Title: Biorxiv Volume: -
  • DOI: 10.1101/2022.10.19.512763
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Newt Hoxa13 has an essential and predominant role in digit formation during development and regeneration (2022)
  • Author(s): Takeuchi Takashi、Matsubara Haruka、Minamitani Fumina、Satoh Yukio、Tozawa Sayo、Moriyama Tomoki、Maruyama Kohei、Suzuki Ken-ichi T.、Shigenobu Shuji、Inoue Takeshi、Tamura Koji、Agata Kiyokazu、Hayashi Toshinori
  • Journal Title: Development Volume: 149 Issue: 5
  • DOI: 10.1242/dev.200282
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] CRISPR/Cas9-based simple transgenesis in Xenopus laevis (2022)
  • Author(s): Shibata Y, Suzuki M, Hirose N, Takayama A, Sanbo C, Inoue T, Umesono Y, Agata K, Ueno N, Suzuki K, Mochii M
  • Journal Title: Developmental Biology Volume: 489 Pages: 76-83
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2022.06.001
  • Peer Reviewed