Exploring molecular mechanisms regulate temperature-dependent and -independent developmental timing

• Project Area: Integrative understanding of biological phenomena with temperature as a key theme
• Project/Area Number: 16H01394
• 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: Kyoto Prefectural University of Medicine
• Principal Investigator: 野村 真 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (10323007)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2017: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2016: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
• Keywords: 胚体外温度 / 神経前駆細胞 / 増殖 / 分化 / Notch シグナル / 進化 / 温度 / 羊膜類 / 胚発生 / 神経幹細胞 / 温度生物学 / 発生・分化 / 温度依存性 / 遺伝子発現

Outline of Annual Research Achievements

本研究計画では、1) 脊椎動物では研究報告のほとんど無い温度依存的・非依存的な発生速度調節機構が実際に存在するのか、2) こうした調節機能が存在する場合どのような細胞内シグナル機構に依存しているのか、の２つの課題を検証することを目標とした。このため、羊膜類（哺乳類、爬虫類、鳥類）の胚を30度および37度の環境下で培養し、大脳皮質原基の神経前駆細胞の増殖・分化率を測定した。その結果、爬虫類（カメ）胚の大脳では温度変化に関わらず神経前駆細胞の増殖・分化率は一定に保たれていたが、鳥類（ニワトリ）胚では発生至適温度よりも低温(30度)において神経分化率の著しい低下が認められた。温度依存的な神経分化率の基盤となる分子機構を解明するため、神経前駆細胞の分化運命決定に必須の役割を果たすNotch シグナルの活性を神経幹細胞培養系で測定した。その結果、鳥類の神経前駆細胞におけるNotchシグナル活性が30度環境下において有意に上昇することを発見した。さらに、このNotchシグナルの活性上昇はDynamin阻害剤により抑制されることから、低温におけるNotchシグナル活性の上昇はエンドサイトーシス経路に依存している可能性が示された。興味深いことに、カメ胚の神経前駆細胞におけるNotchシグナルもニワトリと同様の温度依存的な活性上昇を示すが、この活性変化はエンドサイトーシス非依存的な経路に依存していることが推測された。さらに、哺乳類（マウス、ラット）胚の神経前駆細胞は細胞外の温度が変化してもNotchシグナル活性を一定に補償する機構が存在することを示唆するデータを得た。これらの結果より、1) 脊椎動物の胚には温度依存的・非依存的な胚発生速度調節機構が実際に存在すること、2) Notch シグナルが温度依存的な胚発生速度を制御する分子機構として機能していることが明らかとなった。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] アチュカロバスク神経科学センターi(スペイン)
• [Int'l Joint Research] Oxford University(英国)
• [Journal Article] 5. Species-Specific Mechanisms of Neuron Subtype Specification Reveal Evolutionary Plasticity of Amniote Brain Development. (2018)
  • Author(s): Nomura T, Yamashita W, Gotoh H, Ono K.
  • Journal Title: Cell Rep Volume: 22 Issue: 12 Pages: 3142-3151
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2018.02.086
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Conserved and divergent functions of Pax6 underlie species-specific neurogenic patterns in the developing amniote brain (2018)
  • Author(s): Yamashita Wataru、Takahashi Masanori、Kikkawa Takako、Gotoh Hitoshi、Osumi Noriko、Ono Katsuhiko、Nomura Tadashi
  • Journal Title: Development Volume: 145 Issue: 8 Pages: 159764-159764
  • DOI: 10.1242/dev.159764
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Future Vocation of Neural Stem Cells: Lineage Commitment in Brain Development and Evolution (2017)
  • Author(s): Nomura Tadashi、Gotoh Hitoshi、Ono Katsuhiko
  • Journal Title: Neurochemical Research Volume: 43 Issue: 1 Pages: 153-156
  • DOI: 10.1007/s11064-017-2380-z
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Avian brains: insights from development, behaviors and evolution (2017)
  • Author(s): Tadashi Nomura, Ei-Ichi Izawa
  • Journal Title: Development Growth and Differentiation Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 生命科学実験動物としてのソメワケササクレヤモリの飼育・繁殖方法 (2017)
  • Author(s): 野村真
  • Journal Title: STUDIA HUMANA et NATURALIA Volume: 50 Pages: 49-56
  • NAID: 120006328754
• [Journal Article] The Neocortical Homologues in Nonmammalian Amniotes: Bridging the Hierarchical Concepts of Homology Through Comparative Neurogenesis (2017)
  • Author(s): Tadashi Nomura, Tatsumi Hirata
  • Journal Title: Evolution of nervous systems 2e Volume: 2 Pages: 195-204
  • DOI: 10.1016/b978-0-12-804042-3.00041-5
  • ISBN: 9780128040966
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Rapid and efficient gene delivery into the adult mouse brain via focal electroporation (2016)
  • Author(s): Tadashi Nomura, Yusuke Nishimura, Hitoshi Gotoh, Katsuhiko Ono
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6 Issue: 1 Pages: 29817-29817
  • DOI: 10.1038/srep29817
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Oligodendrocyte precursor cells in the mouse optic nerve originate in the preoptic area. (2016)
  • Author(s): Katsuhiko Ono, Kengo Yoshii, Hiroyuki Tominaga, Hitoshi Gotoh, Tadashi Nomura, Hirohide Takebayashi, Kazuhiro Ikenaka
  • Journal Title: Brain structure and function Volume: - Issue: 5 Pages: 2441-2448
  • DOI: 10.1007/s00429-017-1394-2
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Glycogen serves as an energy source that maintains astrocyte cell proliferation in the neonatal telencephalon. (2016)
  • Author(s): Hitoshi Gotoh, Tadashi Nomura, Katsuhiko Ono.
  • Journal Title: Journal of Cerebal Blood Flow and Metabolism Volume: - Issue: 6 Pages: 2294-2307
  • DOI: 10.1177/0271678x16665380
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 羊膜類における温度依存的・非依存的な神経分化機構とその進化 (2018)
  • Author(s): 野村真
  • Organizer: 第11回神経発生討論会
• [Presentation] 温度依存的・非依存的な胚発生速度を規定する分子機構の解明 (2017)
  • Author(s): 野村真
  • Organizer: 京都4大学連携フォーラム
• [Presentation] 外温性および内温性動物の発生と進化適応 (2016)
  • Author(s): 野村真
  • Organizer: 第1回Biothermology Workshop ー生命システムの熱科学
  • Place of Presentation: 愛知県岡崎市・岡崎カンファレンスセンター
  • Year and Date: 2016-12-11
  • Invited
• [Presentation] 外温性および内温性動物の脳の発生と進化 (2016)
  • Author(s): 野村真
  • Organizer: 第54回日本生物物理学会シンポジウム「温度生物学の挑戦」
  • Place of Presentation: 茨城県筑波市・筑波国際会議場
  • Year and Date: 2016-11-25
  • Invited
• [Presentation] Changes in Pax6-dependent neurogenesis during amniote brain evolution (2016)
  • Author(s): Tadashi Nomra
  • Organizer: The 22nd International Congress of Zoology: Deciphering of neuronal evolution in modern era: Integrative and functional genomics of brains and neural circuits
  • Place of Presentation: 沖縄県国頭郡・沖縄科学技術大学院大学
  • Year and Date: 2016-11-15
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 転写因子の比較機能解析による大脳皮質進化過程の解明 (2016)
  • Author(s): 野村真
  • Organizer: 日本進化学会第18回東京大会シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京都・東京工業大学
  • Year and Date: 2016-08-25
  • Invited
• [Presentation] Comparative developmental analyses of amniote brains (2016)
  • Author(s): Tadashi Nomura
  • Organizer: 8th Congress of Asia-Oceania Society for Comparative Endocrinology
  • Place of Presentation: Seoul, Korea University
  • Year and Date: 2016-06-23
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Book] Brain evolution by design -from neural origin to cognitive architecture (2017)
  • Author(s): Shuichi Shigeno, Yasunori Murakami, Tadashi Nomura
  • Total Pages: 438
  • Publisher: Springer
• [Remarks] 知性のルーツをもたらした柔軟な遺伝子の機能
  • URL: https://www.kpu-m.ac.jp/doc/news/2018/20180403.html
• [Remarks] https://tadnom.jimdo.com/recent-activities/