せきつい動物パターン形成における転写制御の同調性維持機構

• Project Area: Integral understanding of the mechanism of transcription cycle through quantitative, high-resolution approaches
• Project/Area Number: 15H01355
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 別所 康全 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 教授 (70261253)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥11,960,000 (Direct Cost: ¥9,200,000、Indirect Cost: ¥2,760,000); Fiscal Year 2016: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000); Fiscal Year 2015: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: 形態形成 / 体節 / ロバスト性 / Notch / 遺伝子発現 / 転写 / 発生 / パターン形成

Outline of Annual Research Achievements

多細胞生物の胚は発生過程において、温度変化や有害物質による外部環境からの攪乱にさらされており、さらに転写や細胞移動、細胞分裂などの素過程は、ゆらぎに満ちたものであると考えられる。それにもかかわらず、形態形成は正確におこなわれ、生物はきわめて正確に均整のとれたかたちに作られる。このことから生物の形態形成機構はロバスト性を維持する仕組みを備えていると考えられる。本研究ではせきつい動物の体節形成をモデルとして、シグナル伝達がフィードバックループによってファインチューニングされることが、形態形成のロバスト性機構を支えていることを明らかにすることを目指した。
Notchシグナルの抑制因子であるNrarpのノックアウトマウスでは、体軸骨格に軽微な異常が観察される。このことから体軸骨格のもととなる体節形成過程の異常を疑い、体節形成を制御する遺伝子であるHes7、Lunatic Fringe (Lfng) の発現を解析した。体節の原基である未分節中胚葉において、Hes7とLfngの発現は体節形成周期(2時間)に同期して振動していることが知られている。これらの遺伝子の転写活性化状態を遺伝子座レベルで検出した結果、野生型胚に比べてNrarpノックアウトマウス胚では、転写がOFFになっている領域/タイミングの細胞で転写が活性化されている遺伝子座の割合が高かった。このことからNrarpノックアウトマウス胚では、転写を同調させる能力が低くなっていることが示唆された。
さらに野生型胚およびNrarpノックアウトマウス胚をバルプロ酸に暴露することで、人為的に環境の撹乱を引き起こし、その撹乱に対する耐性を評価したところ、Nrarpノックアウトマウス胚は環境変化の撹乱に脆弱であることが示唆された。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Analyzing ERK Signal Dynamics During Zebrafish Somitogenesis (2017)
  • Author(s): Matsui T, BesshoY
  • Journal Title: Methods in Molecular Biology Volume: 1487 Pages: 367-378
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-6424-6_27
  • ISBN: 9781493964222, 9781493964246
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The circadian NAD+ metabolism: Impact on chromatin remodeling and aging. (2016)
  • Author(s): Nakahata Y, Bessho Y
  • Journal Title: BioMed Research International Volume: 2016 Pages: 3208429-3208429
  • DOI: 10.1155/2016/3208429
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cell collectivity regulation within migrating cell cluster during Kupffer's vesicle formation in zebrafish (2015)
  • Author(s): Takaaki Matsui, Hiroshi Ishikawa, Yasumasa Bessho
  • Journal Title: Frontiers in Cell and Developmental Biology Volume: 3 Pages: 27-27
  • DOI: 10.3389/fcell.2015.00027
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Molecular Mechanism to Lengthen the Circadian Period by Low NAD+ (2016)
  • Author(s): Ashimori A, Nakahata Y, Matsui T, Bessho Y
  • Organizer: 第23回日本時間生物学会学術大会
  • Place of Presentation: 名古屋大学豊田講堂、愛知県名古屋市
  • Year and Date: 2016-11-12
• [Presentation] he Impact of Decrease in NAD+ with Cellular Senscence on the Period of Circadian Gene Expression (2016)
  • Author(s): Iwamoto S, Nakahata Y, Ashimori A, Matsui T, Bessho Y
  • Organizer: 第23回日本時間生物学会学術大会
  • Place of Presentation: 名古屋大学豊田講堂、愛知県名古屋市
  • Year and Date: 2016-11-12
• [Presentation] Molecular Mechanism to Lengthen the Circadian Period by Low NAD+ (2016)
  • Author(s): Ashimori A, Nakahata Y, Matsui T, Bessho Y
  • Organizer: International Symposium on Biological Thythms
  • Place of Presentation: 名古屋大学豊田講堂、愛知県名古屋市
  • Year and Date: 2016-11-11
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] he Impact of Decrease in NAD+ with Cellular Senscence on the Period of Circadian Gene Expression (2016)
  • Author(s): Iwamoto S, Nakahata Y, Ashimori A, Matsui T, Bessho Y
  • Organizer: International Symposium on Biological Thythms
  • Place of Presentation: 名古屋大学豊田講堂、愛知県名古屋市
  • Year and Date: 2016-11-11
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Dynamics of cellular behavior during zebrafish development (2016)
  • Author(s): Bessho Y
  • Organizer: KRIPIK-SciFiMaS 2016 International Conference
  • Place of Presentation: Purwokerto, Indonesia
  • Year and Date: 2016-05-26
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Organ size regulation Zebrafish laterality organ (2016)
  • Author(s): Hiroshi Ishikawa, Sohei Yamada, Takanori Iino, Yasumasa Bessho, Yoichiroh
  • Organizer: CDB Symposium 2016
  • Place of Presentation: 理化学研究所多細胞システム形成研究センター(兵庫県神戸市)
  • Year and Date: 2016-03-28
• [Presentation] 細胞内NAD+による概日時計遺伝子発現変動の制御 (2016)
  • Author(s): 中畑泰和、別所康全
  • Organizer: 第93回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター(北海道札幌市)
  • Year and Date: 2016-03-23
• [Presentation] 弾性性質を利用した創傷治癒機構の解明 (2016)
  • Author(s): 山田 壮平, 別所 康全, 細川 陽一郎, 松井 貴輝
  • Organizer: 第5回細胞競合コロキウム
  • Place of Presentation: 北海道大学医学部学友会館フラテ(北海道札幌市)
  • Year and Date: 2016-03-18
• [Presentation] NAD+の減少は、概日時計遺伝子発現周期の延長を惹起する (2015)
  • Author(s): Atsushige Ashimori, Yasukazu Nakahata, Takaaki Matsui, Yasumasa Bessho
  • Organizer: BMB2015
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド(兵庫県神戸市)
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] 概日時計機構および細胞老化におけるNAD+/NAMPTの影響 (2015)
  • Author(s): 中畑 泰和, 芦森 温茂, 松井 貴輝, 別所 康全
  • Organizer: BMB2015
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド(兵庫県神戸市)
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] Reduction of intracellular NAD+ promotes the extension of periods of circadian clock genes (2015)
  • Author(s): Atsushige Ashimori, Yasukazu Nakahata, Takaaki Matsui, Yasumasa Bessho
  • Organizer: 日本時間生物学会学術大会
  • Place of Presentation: 東京大学本郷キャンパス伊藤国際学術研究センター(東京都文京区)
  • Year and Date: 2015-11-21
• [Presentation] Mechanical property of epithelial cells affects speed of wound healing (2015)
  • Author(s): Sohei Yamada, Takanori Iino, Yasumasa Bessho, Yoichiro Hosokawa,Takaaki Matsui
  • Organizer: 1st International Symposium on Cell Competition
  • Place of Presentation: 京都大学芝蘭会館(京都府京都市)
  • Year and Date: 2015-09-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The mechanism of the biological clock that controls animal development (2015)
  • Author(s): Yasumasa Bessho
  • Organizer: The 4th International Conference on Pharmacy and Advanced Pharmaceutical Sciences
  • Place of Presentation: Yogyakarta, Indonesia
  • Year and Date: 2015-09-08
  • Int'l Joint Research / Invited