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, 教授 (40378584)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• 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: ムチョウウズムシ / Calcitonin / 進化 / 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 / 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。左右相称動物に広く存在するCT遺伝子の機能の中で概日リズムの調節がCTの祖先的作用である可能性が見出された。本研究では、原始的な左右相称動物であ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する。
令和6年度は、ナイカイムチョウウズムシCT（以後Pn-CT）の成長段階における発現局在の違いを検討した。Whole mount in situ hybridization による発現解析では、Pn-CT発現細胞の数が、成長に伴い増えていることが明らかになった。これが成長や成熟に関係するためなのか、成長の結果なのか検討を進めている。加えてPn-CT発現細胞の同定を行なった。In situ hybridization chain reaction (In situ HCR) により Pn-CT mRNAと、GABAニューロンのマーカー遺伝子であるglutamic acid decarboxylase (GAD) mRNAとの二重染色を行なった結果、Pn-CT 発現神経が、GAD陽性神経の近傍に位置することが明らかになった。Pn-CT発現神経とGABA作動性神経との作用が考えられる。今後は、Pn-CT神経で発現する遺伝子を明らかにするために、他の神経伝達物関連遺伝子をマーカーとしたIn situ HCRの二重染色を行う予定である。Pn-CTのペプチドを合成した。さらにPn-CTの受容体候補であるPn-CTRの発現ベクターを作製した。今後、これらを用いリガンドー受容体解析を行う予定である。またナイカイムチョウウズムシの時計遺伝子の同定を行なった。これらが概日リズムに沿った発現パターンを示すか検討する予定である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

In situ HCRにより、Pn-CT発現神経がGABA作動性神経と関連が深いことを示唆するデータを得ることができた。運動との関連を検討する。またPn-CTの機能解析につながる基礎データとして成長・成熟との関連性を見出した。さらに受容体決定のための準備が完了した。

Strategy for Future Research Activity

今後は、Pn-CTと概日リズムとの関連を調べる。ムチョウウズムシを12時間明暗サイクルで飼育し、Pn-CTの継時的な発現変動を検討する。発現変動がある場合は、Pn-CT投与によりリズムが変化するか検討する。その際、時計遺伝子をマーカーとする。さらにPn-CTによる成長についても検討する。Pn-CTを添加、RNA-seqを行い、成長や代謝に関係する遺伝子の上昇の有無を調べる。

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
• [Presentation] 祖先的旧口動物と新口動物，各々の生殖腺刺激ホルモン放出ホルモン系の決定 (2024)
  • Author(s): 森 俊輔・白石 慧・関口俊男・坂本竜哉・坂本浩隆・佐竹 炎・濱田麻友子
  • Organizer: 日本動物学会第95回長崎大会，長崎大学
• [Presentation] 脊椎動物AhRのリガンド応答能の起源と多様化についての研究 (2024)
  • Author(s): 関口俊男
  • Organizer: 日本動物学会第95回長崎大会
  • Invited
• [Presentation] 左右相称動物における始原的なカルシトニンの機能について． (2024)
  • Author(s): 関口俊男
  • Organizer: 第15回ペプチド・ホルモン研究会
• [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