左右相称動物の普遍的ホルモンペプチドの祖先的機能：珍無腸動物カルシトニンの研究

• Project/Area Number: 23K05844
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 44050:Animal physiological chemistry, physiology and behavioral biology-related
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 関口 俊男 金沢大学, 環日本海域環境研究センター, 准教授 (40378568)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 坂本 竜哉 岡山大学, 環境生命自然科学学域, 教授 (10294480) ; 濱田 麻友子 岡山大学, 環境生命自然科学学域, 准教授 (40378584)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2025: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: カルシトニン / ナイカイムチョウウズムシ / 珍無腸動物 / 比較内分泌学 / 比較生理学 / 進化 / 無腸動物 / 左右相称動物 / ホルモン機能進化

Outline of Research at the Start

脊椎動物においてカルシトニンは骨代謝を司るホルモンである。カルシトニンは、左右相称動物（前口・後口動物）に広く存在することが知られているが、体温の概日リズムの調整がその共通の作用である可能性が見出された。そこで、本研究では、原始的な左右相称動物とされる珍無腸動物ナイカイムチョウウズムシを用い、この仮説を検証し、前口・後口動物を跨ぐペプチド遺伝子スーパーファミリーの機能進化解明のモデルとする。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、原始的な左右相称動物と考えられている珍無腸動物を用いカルシトニン（CT）の祖先的機能や、前口・後口動物の分岐に伴うCT機能の進化機構を提唱することにある。CTは哺乳類の骨代謝を司るホルモンである。我々は、CTが無脊椎動物にも存在することを示してきた。その後のゲノム解析等から、CT遺伝子が左右相称動物（前口・後口動物）に広く存在することが知られている。それらの機能を見渡すと、概日リズムの調整がCTの共通の作用である可能性が見出された。そこで、本研究では、原始的な左右相称動物とされる珍無腸動物ナイカイムチョウウズムシを用い、この仮説を検証し、前口・後口動物を跨ぐペプチド遺伝子スーパーファミリーの機能進化解明のモデルとする。
令和5年度は、ナイカイムチョウウズムシのCT（Pn-CT）及びCT受容体（Pn-CTR）全長配列の決定を行った。Pn-CTは36アミノ酸残基であった。様々な動物のCTに存在する2つのCys 残基が保存されており、ジスルフィド結合による環状構造を持つと考えられる。さらにCTに特徴的なPro残基とアミド化シグナルが保存されていた。さらにPn-CTRの分子系統解析により、Pn-CTRが左右相称動物のCTRやCTR様受容体(CLR)と相同性であることを確認した。さらに Whole mount in situ hybridization 解析により、ナイカイムチョウウズムシのPn-CT及びPn-CTRの発現局在を検討した結果、Pn-CTとPn-CTR mRNAが共に頭部に局在していることが明らかとなった。その発現パターンから、Pn-CTとPn-CTR mRNAは、ニューロンに発現していると予想される。特にPn-CTの局在は、GABAニューロンのマーカー遺伝子の局在と類似していた。これらの解析によって、珍無腸動物CT機能解析の基盤を整えることができた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

配列解析と分子系統解析によりPn-CTが左右相称動物CTの同族体であること、Pn-CTRが他の左右相称動物のCTRやCLRの相同遺伝子であることを確認できた。さらに発現局在解析によりPn-CTとPn-CTRが神経系で発現していて、回路を形成していることを示唆するデータを得ることができた。これらは、令和6年度以降の解析の基盤となるものであり、研究は順調に進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

Pn-CTやPn-CTRを発現している神経の特徴を二重 in situ hybridization により解析する。現在、GABA神経との関係を調べているが、さらにマーカーを増やして検討する予定である。加えて、ナイカイムチョウウズムシの概日リズムとCTの関係を調べるために、時計遺伝子を同定し、その局在や、日周変動を検討する。さらに行動実験系の確立を行う。ムチョウウズムシを撮影用の小型水槽に入れ動画を撮影し、砂に潜る状態と表層に浮上する状態を繰り返す行動パターンを解析して、概日リズムもしくは概潮リズムの測定系を構築する。

Research Products

• [Journal Article] Distribution of cionin, a cholecystokinin/gastrin family peptide, and its receptor in the central nervous system of Ciona intestinalis type A. (2024)
  • Author(s): Taniguchi, S., Nakayama, S., Iguchi, R., Sasakura, Y., Satake, H., Wada, S., Suzuki, N., Ogasawara, M., Sekiguchi, T.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 14 Issue: 1 Pages: 6277-6277
  • DOI: 10.1038/s41598-024-55908-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Calcitonin I and II possible involvement of calcium metabolism in the female reproductive physiology of goldfish (Carassius auratus) (2023)
  • Author(s): Kuroda, K., Hatano, K., Kawamura, R., Fukushima, A., Sasayama, Y., Tabuchi, Y., Furusawa, Y., Ikegame, M., Hattori, A., Hirayama, J., Fukuda, T., Uekura, S., Matsubara, H., Kawago, U., Sekiguchi, T., Srivastav, A.K., Suzuki, N.
  • Journal Title: Int. Aquat. Res. Volume: 15 Pages: 15-26
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Deep ocean water alters the cholesterol and mineral metabolism of squid Todarodes pacificus and suppresses its weight loss (2023)
  • Author(s): Hatano Kaito、Yoshida Masa-Aki、Hirayama Jun、Kitani Yoichiro、Hattori Atsuhiko、Ogiso Shouzo、Watabe Yukina、Sekiguchi Toshio、Tabuchi Yoshiaki、Urata Makoto、Matsumoto Kyoko、Sakatoku Akihiro、Srivastav Ajai K.、Toyota Kenji、Matsubara Hajime、Suzuki Nobuo
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 13 Issue: 1 Pages: 7591-7591
  • DOI: 10.1038/s41598-023-34443-x
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] daptation to the shallow sea floor environment of a species of marine worms, Oligobrachia mashikoi, generally inhabiting deep-sea water. (2023)
  • Author(s): Shouzo Ogiso, Kazuki Watanabe, Yusuke Maruyama, Hiroshi Miyake, Kaito Hatano, Jun Hirayama, Atsuhiko Hattori, Yukina Watabe, Toshio Sekiguchi, Yoichiro Kitani, Yukihiro Furusawa, Yoshiaki Tabuchi, Hajime Matsubara, Mana Nakagiri, Kenji Toyota, Yuichi Sasayama, Nobuo Suzuki.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 13 Issue: 1 Pages: 6299-6299
  • DOI: 10.1038/s41598-023-33309-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Kynurenine promotes Calcitonin secretion and reduces cortisol in the Japanese flounder Paralichthys olivaceus (2023)
  • Author(s): Ikari T、Furusawa Y、Tabuchi Y、Maruyama Y、Hattori A、Kitani Y、Toyota K、Nagami A、Hirayama J、Watanabe K、Shigematsu A、Rafiuddin Muhammad Ahya、Ogiso S、Fukushi K、Kuroda K、Hatano K、Sekiguchi T、Kawashima R、Srivastav AK.、Nishiuchi T、Sakatoku A、Yoshida M、Matsubara H、Suzuki N
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 13 Issue: 1 Pages: 8700-8700
  • DOI: 10.1038/s41598-023-35222-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Repetitive and zonal expression profiles of absorption-related genes in the gastrointestinal tract of ascidian Ciona intestinalis type A (2023)
  • Author(s): Iguchi, R., Nakayama, S., Sasakura, Y., Sekiguchi, T., Ogasawara, M.
  • Journal Title: Cell Tissue Res. Volume: 394 Issue: 2 Pages: 343-360
  • DOI: 10.1007/s00441-023-03828-9
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multi-regional expression of pancreas-related digestive enzyme genes in the intestinal chamber of the ascidian Ciona intestinalis type A (2023)
  • Author(s): Iguchi, R., Usui, K., Nakayama, S., Sasakura, Y., Sekiguchi, T., Ogasawara, M.
  • Journal Title: Cell Tissue Res. Volume: 294 Issue: 3 Pages: 423-430
  • DOI: 10.1007/s00441-019-03093-9
  • Peer Reviewed
• [Book] Chapter 4. Biodiversity of marine animals: Introduction to marine animals with a focus on taxonomy. In "Text of Handbook for Field Work and Laboratory Experiment in Integrated Environmental Sciences". Hasebe, N., Fukushi, K., Honda, M. and Nagao, S. Eds. (2023)
  • Author(s): Nunomura, N., Suzuki, N., Ogiso S., Sekiguchi, T.
  • Total Pages: 28
  • Publisher: Springer Nature Singapore Pte Ltd., Singapore
• [Book] Chapter 5. Observation of marine invertebrates in the Noto Peninsula. In "Text of Handbook for Field Work and Laboratory Experiment in Integrated Environmental Sciences". Hasebe, N., Fukushi, K., Honda, M. and Nagao, S. Eds. (2023)
  • Author(s): Sekiguchi, T., Kitani, Y. and Ogiso, S.
  • Total Pages: 12
  • Publisher: Springer Nature Singapore Pte Ltd., Singapore
• [Book] Chapter 6. Assessing the influence of polycyclic aromatic hydrocarbons on aquatic animals. In "Text of Handbook for Field Work and Laboratory Experiment in Integrated Environmental Sciences". Hasebe, N., Fukushi, K., Honda, M. and Nagao, S. Eds. (2023)
  • Author(s): Sekiguchi, T., Honda, M., Suzuki, N., Mizoguchi, N., Hano, T., Takai, Y., Oshima, Y., Kawago, U., Hatano, K., Kitani, Y. and Kiyomoto, M.
  • Total Pages: 21
  • Publisher: Springer Nature Singapore Pte Ltd., Singapore