Temporal control of lateral line organ formation in zebrafish

• Project Area: Interplay of developmental clock and extracellular environment in brain formation
• Project/Area Number: 17H05768
• 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, 先端科学技術研究科, 教授 (70261253)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000); Fiscal Year 2018: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2017: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
• Keywords: 発生 / ゼブラフィッシュ / 側線器官 / 時間制御 / 神経 / ライブイメージング

Outline of Annual Research Achievements

多細胞生物のそれぞれの細胞は、外部のシグナルを内在するゲノムに照らし合わせてふるまい、組織や器官は、それを構成する細胞の相互作用で自律的に形成される。したがって、組織や器官の発生の時空間的制御機構は単純な遺伝学では解明できず、細胞の社会的な相互作用に着目する必要がある。本研究では水流を感知する器官であるゼブラフィッシュ側線器官の形成をモデル系として、時間制御を利用した形づくりの新たなメカニズムを明らかにする。これまで明らかになっている唯一の発生過程の時間制御である体節形成では、細胞内に計時システムがあったが、側線器官形成では、細胞の社会的な相互作用が計時器官として機能しているというアイデアであり、新たな計時システムの解明を目指した。
ゼブラフィッシュ側線器官原基と体節との相互作用をライブイメージング法を用いて観察し、側線器官原基が通る経路を詳細に検討した。体節の最内側のadaxial細胞がmuscle pioneer細胞することを抑制すると、正常な細胞移動経路から外れるが、後方への移動は保たれることが明らかになった。
また、側線器官原基が移動している間に、アセチルコリン阻害剤を用いて神経伝達を遮断すると、側線器官原基からそれぞれの側線器官が分離するタイミングが早くなるという結果を得た。このことから側線器官原基を神経支配している遠心性神経のアセチルコリンを介した神経伝達が、側線器官の発生の時間制御をおこなっていることが示唆された。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Noise-resistant developmental reproducibility in vertebrate somite formation (2019)
  • Author(s): Honda N*, Akiyama R, Sari DWK, Ishii S, Bessho Y and Matsui T
  • Journal Title: PLoS Computational Biology Volume: 15(2) Issue: 2 Pages: e1006579-e1006579
  • DOI: 10.1371/journal.pcbi.1006579
  • NAID: 120006553009
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Replicative senescent human cells possess altered circadian clocks with a prolonged period and delayed peak-time (2019)
  • Author(s): Rezwana Ahmed, Atsushige Ashimori, Satoshi Iwamoto, Takaaki Matsui, Yasukazu Nakahata, and Yasumasa Bessho
  • Journal Title: Aging (Albany NY) Volume: 11 Issue: 3 Pages: 950-973
  • DOI: 10.18632/aging.101794
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Size-reduced embryos reveal a gradient scaling-based mechanism for zebrafish somite formation (2018)
  • Author(s): Ishimatsu Kana、Hiscock Tom W.、Collins Zach M.、Sari Dini Wahyu Kartika、Lischer Kenny、Richmond David L.、Bessho Yasumasa、Matsui Takaaki、Megason Sean G.
  • Journal Title: Development Volume: 145 Pages: 161257-161257
  • DOI: 10.1242/dev.161257
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Pulsed-laser-activated impulse response encoder (PLAIRE): detection of core-shell structure of biomimetic micro gel-sphere (2018)
  • Author(s): Ryohei Yasukuni, Daiki Minamino, Tei Watanabe,Sohei Yamada, Takanori Iino, Yasumasa Bessho, Takaaki Matsui, Yoichiroh Hosokawa
  • Journal Title: Applied Physics A volume Volume: 124 Issue: 9 Pages: 592-592
  • DOI: 10.1007/s00339-018-2016-4
  • NAID: 120006537412
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Presomitic mesoderm-specific expression of the transcriptional repressorHes7is controlled by E-box, T-box, and Notch signaling pathways (2018)
  • Author(s): Hayashi Shinichi、Nakahata Yasukazu、Kohno Kenji、Matsui Takaaki、Bessho Yasumasa
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 293 Issue: 31 Pages: 12167-12176
  • DOI: 10.1074/jbc.ra118.003728
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ERK Activity Dynamics during Zebrafish Embryonic Development (2018)
  • Author(s): Wong Kah-Loon、Akiyama Ryutaro、Bessho Yasumasa、Matsui Takaaki
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 20 Issue: 1 Pages: 109-109
  • DOI: 10.3390/ijms20010109
  • NAID: 120006555362
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Time-lapse observation of stepwise regression of Erk activity in zebrafish presomitic mesoderm. (2018)
  • Author(s): Sari DWK, Akiyama R, Naoki H, Ishijima H, Bessho Y, Matsui T
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Issue: 1 Pages: 4335-4335
  • DOI: 10.1038/s41598-018-22619-9
  • NAID: 120006555360
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] A role of extracellular environment in collective migration of organ progenitors. (2018)
  • Author(s): Ryutaro Akiyama, Akari Karaiwa, Yasumasa Bessho, Takaaki Matsui
  • Organizer: 2nd Scientific Communication in Fisheries and Marine Sciences (SCiFiMaS 2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Noise-resistant developmental reproducibility in vertebrate somite formation (2018)
  • Author(s): 本田直樹, Dini WK Sari, 秋山 隆太郎, 石井信, 別所 康全, 松井 貴輝
  • Organizer: 第70回日本細胞生物学会・第51回日本発生生物学会 合同大会
• [Presentation] Circadian Period extension due to impairment of NAD+/PARP1 (2018)
  • Author(s): Atsushige Ashimori, Yasukazu Nakahata, Takaaki Matsui, Yasumasa Bessho
  • Organizer: International Symposium on Biological Rhythms (JSC国際シンポジウム)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ゼブラフィッシュ胚の原腸陥入における細胞競合様現象の解析 (2018)
  • Author(s): 秋山 隆太郎, 山田 壮平, 別所 康全, 細川 陽一郎, 松井 貴輝
  • Organizer: 第8回細胞競合コロキウム
• [Presentation] Developmental dynamics in the lateral line organ formation in zebrafish (2017)
  • Author(s): Bessho Y
  • Organizer: International Conference on Biosciences (IcoBio)
  • Int'l Joint Research / Invited