臓器再生を担う力学制御YAPエンハンセオソームの分子実体の解明

• Project/Area Number: 22K06899
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 48040:Medical biochemistry-related
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 浅岡 洋一 山口大学, 大学院医学系研究科, 講師 (10436644)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: YAP / 臓器再生 / 組織力学計測 / エピジェネティクス / ゼブラフィッシュ / 力学計測

Outline of Research at the Start

臓器サイズの精緻な制御は、生物の発生と恒常性維持に必要不可欠であり、サイズ制御の破綻はがんなどの疾患の発症に直結する。しかしながら、臓器の力学恒常性の基本原理「臓器内の細胞が臓器サイズなどの力学特性の変化にどのように応答し、先ず分化細胞の脱分化が起こり、続いての増殖分化と自己組織化により再生が起こるか。そして臓器サイズが元に戻ると、どのようにしてそれらが停止するのか」が未だに解明されていない。そこで本研究では、臓器の再生時の力学特性の変化に応答し、脱分化の遺伝子ネットワークを統御する「力学制御エンハンセオソーム(エンハンサー複合体)」を想定し、その分子実体を明らかにすることを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

臓器サイズの制御は、生物の発生と恒常性維持に必要不可欠であり、サイズ制御の破綻はがんなどの疾患の発症に直結する。しかしながら、臓器の力学恒常性の基本原理は未だに解明されていない。私たちは、体と臓器の扁平化を起こすhirameメダカ変異体の単離・解析から、その原因遺伝子YAPが、組織の３D化と各々の組織の配置を統御して重力に抗した３D臓器を構築する新しい機構を見出した[Porazinski, Asaoka (共筆頭著者), Nature (2015)]。しかし、YAPがどのように外部の力学特性の変化に応答し、エンハンサーへの結合を介して標的遺伝子の発現を制御し、組織全体の力学特性へとフィードバックしているのか詳細は不明のままである。そこで本研究では、臓器の再生時の力学特性の変化に応答し、脱分化の遺伝子ネットワークを統御するYAP力学制御エンハンセオソームの実体を明らかにすることを目的とする。
本年度は、臓器再生時のYAP-メカノホメオスターシスの役割を明らかにするために、ゼブラフィッシュ尾ヒレ再生系を用いることにした。理由は、①ヒレ切断後、成魚では3週間、幼魚では3日間でヒレが元のサイズを回復するが、組織が平たく臓器サイズの定量を行い易い。②組織が透明で、力学測定やシングルセルでの細胞応答動態のライブイメージングに適している。③遺伝学的解析(ノックアウト・過剰発現)でcausal-relationshipを検証できるといった利点を合わせ持つためである。臓器再生時の力学特性の変化を精査するため、磁性ビーズをゼブラフィッシュ幼魚の尾ヒレに微量注入し、磁場印加時の磁性ビーズの挙動から組織力学特性を定量化した。また、ジーンガンを用いて磁性ビーズをゼブラフィッシュ成魚の尾ヒレへ導入する系を確立した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初計画に従い臓器再生時のYAP-メカノホメオスターシスの役割を明らかにするために、ゼブラフィッシュ尾ヒレ再生系における力学計測系の立ち上げに着手しており、概ね順調に本研究課題は進展している。

Strategy for Future Research Activity

今後はYAPの活性を詳細に可視化できるトランスジェニックフィッシュを樹立し、尾ひれ再生時のYAP活性と組織力学特性の相関を時空間的に解析する予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Bath大学(英国)
• [Journal Article] AT-hook DNA-binding motif-containing protein one knockdown downregulates EWS-FLI1 transcriptional activity in Ewing’s sarcoma cells (2022)
  • Author(s): Takao Kitagawa, Daiki Kobayashi, Byron Baron, Hajime Okita, Tatsuo Miyamoto, Rie Takai, Durga Paudel, Tohru Ohta, Yoichi Asaoka, Masayuki Tokunaga, Koji Nakagawa, Makoto Furutani-Seiki, Norie Araki, Yasuhiro Kuramitsu, Masanobu Kobayashi
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 17 Issue: 10 Pages: e0269077-e0269077
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0269077
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research