環境に適応するための発生プログラム最適化の機構

Research Project

Project/Area Number	22K20639
Research Category	Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	0701:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
Research Institution	Japan Women's University
Principal Investigator	大野速雄日本女子大学, 理学部, 講師 (00747272)
Project Period (FY)	2022-08-31 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000) Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000) Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords	胚発生 / エピジェネティクス / 表現型可塑性 / 線虫 / 動物-微生物相互作用
Outline of Research at the Start	分子生物学における優れたモデル生物である線虫C.エレガンスは、胚発生中に正確に558個（雄では560個）の細胞をつくり、個体差がない発生を行うと考えられてきた（サルストンら, 1983年; 2002年ノーベル生理学医学賞）。しかし研究代表者らは最近になって、線虫の母親が有害な腸内微生物を経験すると、その子の胚で内胚葉細胞が過剰な分裂を起こし、発生が左右非対称に変化することを発見した。本研究では、この現象において、腸内微生物がどのように作用するのか、さらに発生変化がどのように世代間で制御されるのかについて、変異体の単離や生化学的手法を組み合わせ、分子レベルで解明することを目指す。
Outline of Annual Research Achievements	研究代表者らは最近になって、分子生物学における優れたモデル生物である線虫C.エレガンスの母親が有害腸内微生物を経験すると、子の内胚葉細胞が過剰分裂して胚発生が左右非対称に変化し、この変化が生殖能力の維持に寄与することを発見した。本研究は、このエピジェネティックな胚発生様式の切り替え現象（選択的胚発生）について、分子メカニズムを明らかにする。具体的には、(A) 腸内微生物が母体に作用する機構、(B) 腸内微生物の情報を母から子に伝達する機構、(C) 胚において左右非対称な発生を起こす機構の3点について、関連する分子の同定を目指している。 2022度においては、主に下記のような、今後の研究計画を推進するための基盤となる成果が得られている。 (1) 化学変異原（エチルメタンスルホン酸）を用いた順遺伝学的スクリーニングにより、有害微生物の非存在下でも胚発生様式が変化するような変異体を1ライン単離することに成功し、安定した表現型を示すことを確認した。さらに多数の変異体を獲得するための規模を大きくしたスクリーニングについても、現在準備を進めている。 (2) 選択的胚発生をより効果的に検出するための網羅的な実験系の条件検討を行い、微生物に暴露する温度などの条件が選択的胚発生の検出に重要である可能性が見出された。 (3) 発生中の胚において分子局在や細胞内構造を高感度に観察できる蛍光顕微鏡システムを構築した。このシステムを用いて、上記のスクリーニングで同定した遺伝子の機能動態を明らかにしていく。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason 当初の大きな目的の一つであった、選択的胚発生が変化する変異体の単離に成功し、さらに選択的胚発生を効果的に検出する実験プロトコールの改善につながるような予想外の現象を発見したことから、今後の研究の迅速な進展が期待される。
Strategy for Future Research Activity	上述の単離した変異体については、全ゲノムシークエンスで責任遺伝子を同定するとともに、細胞特異的レスキュー実験により遺伝子の機能部位を同定することを目指す。 (B) 腸内微生物の情報を母から子に伝達する機構などの他の研究計画についても、2022年度に得られた知見をもとに、予定通りに推進していく。