空間情報と1細胞解析の統合による魚類生殖腺の性的可塑性を制御する分子機構の解明
| Project/Area Number |
22H00386
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 40:Forestry and forest products science, applied aquatic science, and related fields
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
太田 耕平 九州大学, 農学研究院, 教授 (10585764)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
荻野 由紀子 九州大学, 農学研究院, 准教授 (00404343)
馬場 崇 九州大学, 医学研究院, 准教授 (40435524)
Chakraborty Tapas 九州大学, 農学研究院, 助教 (70715440)
Mohapatra Sipra 九州大学, 農学研究院, 学術研究員 (80715441)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥42,510,000 (Direct Cost: ¥32,700,000、Indirect Cost: ¥9,810,000)
Fiscal Year 2024: ¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
Fiscal Year 2022: ¥15,600,000 (Direct Cost: ¥12,000,000、Indirect Cost: ¥3,600,000)
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| Keywords | 魚類生殖腺 / 性的可塑性 / 1細胞解析 / 空間的遺伝子発現解析 / 性転換 / １細胞解析 / 魚類 / 生殖幹細胞 / シングルセル解析 |
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| Outline of Research at the Start |
魚類の性を自在に統御するには、それぞれの種が有する性的可塑性の特徴を細胞レベルで理解する必要がある。本研究では、性転換モデル系に空間的遺伝子発現解析を初めて導入し、生殖腺の性転換の起点になる未分化体細胞の位置情報をもとに生殖幹細胞との相互作用を分子レベルで明らかにする。同時に、各種シングルセル解析と培養系を駆使して研究を進め、“卵形成と精子形成の切り換え”の制御機構を解明する。さらに、雌雄異体魚との比較を行い、将来、全ての魚類において個体、生殖腺、および細胞の性を自在に統御するために必要な“性的可塑性の共通原理”に関する情報を得る。
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでの研究により、生殖腺の転換の際に速やかに未分化体細胞の分化が起こり、それに続いて起こる生殖幹細胞との相互作用によって卵形成と精子形成が切り換わると予想される。まさしく、この“切り換え(スウィッチ)”の仕組みこそが、成体生殖腺の性的可塑性の中核機構であると考えられる。そこで、本研究では新たに開発された空間的遺伝子発現解析を性転換モデルに導入し、シングルセルレベルでの各種解析と統合する。令和4年度は高深度の空間的遺伝子発現解析のために、PIC(Photo-Isolation Chemistry)法に基づく解析法を構築した。特定の領域に光照射し、局所的な遺伝子発現を解析するためのデジタルミラーデバイス（Polygon1000-G）を装着した顕微鏡システムを整備した。さらに、組織切片(凍結及びパラフィン)を作成し、幹細胞マーカー(Oct4等)の抗体染色を利用した蛍光染色法により、組織上の生殖幹細胞の局在と周囲の細胞を含めた組織形態を明らかにした。また、1細胞や小細胞集団で発現する遺伝子を解析するためのライブラリ作成にも成功しており、空間的遺伝子発現解析を進めているところである。一方、雌雄異体の海産モデル魚であるカタクチイワシについても雌雄の生殖腺におけるOct4の発現局在を解析すると共に、小型モデル魚のメダカにおいても性ステロイドホルモン受容体（アンドロゲン受容体とエストロゲン受容体）のノックアウト系統などを用いて、アンドロゲン受容体（arb）がオスにおける二次性徴の発現に、エストロゲン受容体（erb2）が生殖細胞の性差にそれぞれ関与していることを明らかにした。
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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
当初の計画通り、性転換モデル魚のホシササノハベラを研究材料として、高深度の空間的遺伝子発現解析系の構築を行った。また、その解析のために組織上での特定の細胞に対する蛍光染色にも成功しており、おおむね順調に進展している。また、雌雄異体の海産モデル魚であるカタクチイワシと小型モデル魚のメダカにおいても、実験系の整備を進めるとともに、性ステロイドホルモンのアンドロゲンとエストロゲンの個体や細胞レベルでの性差や性的可塑性に関する機能についての情報も得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
性転換魚モデルであるホシササノハベラの生殖腺を材料として、令和4年度に構築した高深度の空間的遺伝子発現解析を行う。性転換の各ステージにおける異なる領域から得られた生殖幹細胞を含む小細胞集団 の遺伝子発現プロファイルをCLC genomics workbench等を用いて比較し、“小細胞集団の局在と形態の差異が細胞分化の有無やそのタイミングと関係するか”を解析する。それと同時に、生殖腺の転換時に速やかに変化する小細胞集団の局在と形態を特定する。さらに、小細胞集団の空間的遺伝子発現解析の結果をシングルセルRNA-seq解析の結果と統合することにより、未分化体細胞、生殖幹細胞、及び小細胞集団について、性転換誘導後に特徴的に変化する遺伝子のリスト化を進める。一方、雌雄異体の海産モデル魚であるカタクチイワシと小型モデル魚のメダカにおいても、同様に実験系の整備と解析を進める。
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Report
(2 results)
Research Products
(16 results)
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[Journal Article] Evolutionary differentiation of androgen receptor is responsible for sexual characteristic development in a teleost fish2023
Author(s)
Y. Ogino, S. Ansai, E. Watanabe, M. Yasugi, Y. Katayama, H. Sakamoto, K. Okamoto, K. Okubo, Y. Yamamoto, I. Hara, T. Yamazaki, A. Kato, Y. Kamei, K. Naruse, K. Ohta, H. Ogino, T. Sakamoto, S. Miyagawa, T. Sato, G. Yamada, M. Baker & T. Iguchi
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Journal Title
Nature communications
Volume: 14
Issue: 1
Pages: 1428-1428
DOI
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