オタマボヤ幼生の開口による3D形成と分泌による摂餌フィルターの3D構築

• Project Area: Discovery of the logic that establishes the 3D structure of organisms
• Project/Area Number: 18H04763
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 小沼 健 大阪大学, 理学研究科, 助教 (30632103)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000); Fiscal Year 2019: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2018: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
• Keywords: オタマボヤ / ハウス / 3D形成 / セルロース / 繊維 / Oikosin / フィルター / 脊索動物 / ライブイメージング / くち / 3D形態 / ３D形成 / 細胞外構造

Outline of Annual Research Achievements

脊索動物ワカレオタマボヤ (以下、オタマボヤ) の体の単純さ、発生の速さなどを活用した3D形態形成の解明を試みた。(1) 内胚葉と外胚葉の上皮がつながり「くち」ができるしくみ、(2) 表皮細胞から、3D構造をもった接餌フィルター（ハウス）が分泌される原理、の2つの課題に取り組み、以下の成果を得た。
(1)「くち」の3D形成
オタマボヤの口は、わずか数十個の細胞でできている。また幼生の孵化から7時間以内に出来上がるため、ライブイメージングに有利である。開口過程を観察したところ、内胚葉細胞 (oral plugと命名)が外部に露出することが分かった。さらに核やアクチン(細胞膜とほぼ同義)のライブイメージングを行ったところ、体幹部の前端に「背腹方向に分裂する表皮細胞(lip precursor cellsと命名)」が2つあり、それらの娘細胞がそれぞれ上唇、下唇になることを見出した (Dev Genes Evol., 2020)。
(2)ハウスの3D形成
オタマボヤは表皮細胞から分泌するハウスというフィルター構造の中に棲む。体幹部は、折り畳んだ状態のハウス (ハウス原基)を常に2-3枚まとっており、外側の1枚を膨らまして使用する。ハウスはセルロースを含むことが知られている。セルロースの蛍光染色を行ったところ、海水の入り口 (inlet filter)に縦糸・横糸でできた格子状の網目を見いだした。この格子構造は、ハウス原基にも存在していた。さらに走査型電子顕微鏡 (SEM)で観察したところ、これらの糸は、直径数十ナノメートルの繊維が組み合わさってできていた。またハウスの他の領域も、微細な繊維が編み込まれてできていることが分かってきた。これらの結果は、ハウスが「繊維状の素材」によりできていることを示すものである。理論系の計画班との連携によりハウス形成の作業仮説を立ち上げることに成功している。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] 日本系オタマボヤのゲノムデータベースとY特異的領域. (2021)
  • Author(s): 小沼健*, 戸村亮
  • Journal Title: 比較内分泌学. Volume: 172 Pages: 28-30
• [Journal Article] Mouth opening is mediated by separation of dorsal and ventral daughter cells of the lip precursor cells in the larvacean, Oikopleura dioica. (2020)
  • Author(s): Morita, R., Onuma, T.A., Manni, L., Ohno, N., Nishida, H.
  • Journal Title: Dev. Genes Evol. Volume: 230 Issue: 5-6 Pages: 315-327
  • DOI: 10.1007/s00427-020-00667-4
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A genome database for a Japanese population of the larvacean Oikopleura dioica. (2020)
  • Author(s): Wang, K., Tomura, R., Chen, W., Kiyooka, M., Ishizaki, H., Aizu, T., Minakuchi, Y., Seki, Yutaka Suzuki, M., Omotezako, T., Suyama, R., Masunaga, A., Plessy, C., Luscombe, N.M., Dantec, C., Lemaire, P., Itoh, T., Toyoda, A., Nishida, H., and Onuma, T.A.
  • Journal Title: Dev. Growth Differ. Volume: 62 Issue: 6 Pages: 450-461
  • DOI: 10.1111/dgd.12689
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Protein phosphatase 2A is essential to maintain meiotic arrest, and to prevent Ca2+ burst at spawning and eventual parthenogenesis in the larvacean Oikopleura dioica. (2020)
  • Author(s): Matsuo M, Onuma TA, Omotezako T and Nishida N
  • Journal Title: Developmental Biology. Volume: 460(2) Issue: 2 Pages: 155-163
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2019.12.005
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A chordate species lacking Nodal utilizes calcium oscillation and Bmp for left-right patterning. (2020)
  • Author(s): Onuma, T.A., Hayashi, M., Gyoja, F., Kishi, K., Wang, K., Nishida, H.
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA. Volume: 117 Issue: 8 Pages: 4188-4198
  • DOI: 10.1073/pnas.1916858117
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] ANISEED 2019: 4D exploration of genetic data for an extended range of tunicates. (2020)
  • Author(s): Dardaillon J, Dauga D, Simion P, Faure E, Onuma TA, DeBiasse M, Louis A, Nitta N, Naville M, Besnardeau L, Reeves W, Wang K, Fagotto M, Gueroult-Bellone M, Fujiwara S, Dumollard R, Veeman M, Volff JN, Roest Crollius H, Douzery E, Ryan J, Davidson B, Nishida H, Dantec C and Lemaire P
  • Journal Title: Nucleic Acids Research. Volume: 48(D1)
  • DOI: 10.1093/nar/gkz955
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 特殊な現象の壁を越える～「最も単純な体の脊索動物」オタマボヤから見出した新しい遺伝子阻害現象 (DNAi)と左右非対称形成～ (2020)
  • Author(s): 小沼健*
  • Journal Title: Comparative Endocrinology Volume: 46 Issue: 170 Pages: 85_2-87
  • DOI: 10.5983/nl2008jsce.46.85_2
  • NAID: 130007854012
  • ISSN: 1882-6636, 1882-6644
• [Journal Article] 体の左右はどのようにできるのか？-オタマボヤの左右非対称性を探る. (2020)
  • Author(s): 小沼健*
  • Journal Title: academist Journal. Volume: 0 Pages: 0-0
• [Journal Article] オタマボヤ未受精卵の減数分裂停止をになう脱リン酸化酵素PP2Aの役割 (2020)
  • Author(s): 小沼健*, 松尾正樹
  • Journal Title: Comparative Endocrinology Volume: 46 Issue: 171 Pages: 117-119
  • DOI: 10.5983/nl2008jsce.46.117
  • NAID: 130007927365
  • ISSN: 1882-6636, 1882-6644
• [Journal Article] 体の左右はどのようにできるのか?-オタマボヤの左右非対称性を探る (2020)
  • Author(s): 小沼健*
  • Journal Title: academist Journal (invited) Volume: -
• [Journal Article] 特殊な現象の壁を越える:「最も単純な体の脊索動物」オタマホヤから見出した新しい遺伝子阻害現象 (DNAi)と左右非対称形成 (2020)
  • Author(s): 小沼健*
  • Journal Title: 比較内分泌学 (invited) Volume: -
• [Journal Article] Mother-to-embryo vitellogenin transport in a viviparous teleost Xenotoca eiseni (2019)
  • Author(s): Iida Atsuo、Arai Hiroyuki N.、Someya Yumiko、Inokuchi Mayu、Onuma Takeshi A.、Yokoi Hayato、Suzuki Tohru、Hondo Eiichi、Sano Kaori
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 116 Issue: 44 Pages: 22359-22365
  • DOI: 10.1073/pnas.1913012116
  • NAID: 120006731188
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Wavy movements of epidermis monocilia drive the neurula rotation that determines left-right asymmetry in ascidian embryos. (2019)
  • Author(s): Yamada, S., Tanaka, Y., Imai, K.S., Saigou, M., Onuma, T.A., and Nishida, H.
  • Journal Title: Dev. Biol. Volume: 印刷中 Issue: 2 Pages: 173-182
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2018.07.023
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 母性因子の大規模な母性因子の大規模な機能的スクリーニングを可能にする新しい脊索動物. (2019)
  • Author(s): 小沼健*, 松尾正樹
  • Journal Title: Medical Science Digest (invited) Volume: 6 Pages: 42-43
• [Presentation] オタマボヤをもちいて左右形成の新しい研究領域を開拓する. (2020)
  • Author(s): 小沼健.
  • Organizer: 生物科学セミナー（大阪，大阪大学）
  • Invited
• [Presentation] 動物繊維によるハウスの3D建築. (2020)
  • Author(s): 小沼健.
  • Organizer: 学術変革領域 (A) 「からだ工務店」第一回領域会議
  • Invited
• [Presentation] House construction with animal fibers in the larvacean, Oikopleura dioica 動物繊維をもちいたオタマボヤの「ハウス」建築 (2020)
  • Author(s): Onuma TA, Akiyama M, Yamasaki S, Kondo S, and Nishida H.
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会 ワークショップ
  • Invited
• [Presentation] 2020年度 日本動物学会奨励賞 受賞者講演「脊索動物オタマボヤを活かした発生学の展開」 (2020)
  • Author(s): 小沼健.
  • Organizer: 日本動物学会、第91回大会
  • Invited
• [Presentation] 脊索動物オタマボヤをもちいて左右形成の新しい領域を開拓する. (2020)
  • Author(s): 小沼健, 西田宏記.
  • Organizer: 第5回 ホヤ研究会
• [Presentation] A chordate species lacking Nodal utilizes calcium oscillation and Bmp4 for left-right patterning. (2020)
  • Author(s): 小沼健, 林桃子, 行者蕗, 岸香苗, Kai Wang, 西田宏記.
  • Organizer: 第53回日本発生生物学会
• [Presentation] The larvacean Oikopleura dioica lacks Nodal and utilizes calcium oscillation and Bmp expression for left-right patterning (2020)
  • Author(s): 小沼健, 林桃子, 行者蕗, 岸香苗, Kai Wang, 西田宏記.
  • Organizer: 第53回日本発生生物学会
• [Presentation] オタマボヤにおけるハウスの3D形成の原理. (2020)
  • Author(s): 小沼健.
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会 ワークショップ
  • Invited
• [Presentation] 1世紀前の謎を解く-「最も単純な体の脊索動物」オタマボヤから見出した左右非対称形成の原理. (2020)
  • Author(s): 小沼健.
  • Organizer: 2020年度動物学会北陸支部会
  • Invited
• [Presentation] A chordate species lacking Nodal utilizes calcium oscillation and Bmp4 for left-right patterning. (2019)
  • Author(s): Onuma TA, Hayashi M, Gyojya F, Kishi K, Wang K, Nishida H.
  • Organizer: The 10th International Tunicate Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Neurula rotation and left-right asymmetry in ascidian embryos: Ciliary movements and the vitelline membrane signal. (2019)
  • Author(s): Yamada S, Tanaka Y, Imai KS, Saigou M, Onuma TA, Connop SL, Hashii M, Sawada H, Nishida N.
  • Organizer: The 10th International Tunicate Meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Protein phosphatase 2A is essential to maintain meiotic arrest, and to prevent Ca2+ burst at spawning and eventual parthenogenesis in the larvacean Oikopleura dioica. (2019)
  • Author(s): Matsuo M, Onuma TA, Nishida H.
  • Organizer: The 10th International Tunicate Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 「特殊な現象の壁を越える~「最も単純な体の脊索動物」から見出した新しい遺伝子阻害現象 (DNAi)と左右非対称形成. (2019)
  • Author(s): 小沼健.
  • Organizer: 2019比較内分泌学会 学術企画委員会企画シンポジウム「壁を越える」
  • Invited
• [Presentation] 複雑で規則性のないパターンを個体差なく作り出すしくみ: オタマボヤの幼生発生における表皮細胞のパターン形成. (2019)
  • Author(s): 岸香苗, 林桃子, 小沼健,西田宏記.
  • Organizer: 日本動物学会第90回大会, ホヤ談話会
  • Invited
• [Presentation] Nodal遺伝子を持たない脊索動物オタマボヤにおける左右非対称形成. (2019)
  • Author(s): 小沼 健,林 桃子, 行者 蕗, 岸 香苗, Kai Wang, 西田 宏記.
  • Organizer: 日本動物学会第90回大会
• [Presentation] オタマボヤにおける甲状腺/内柱関連遺伝子群の発現とその発現制御. (2019)
  • Author(s): 小沼 健,中西 梨奈, Kai Wang, 中山 理, 笹倉 靖徳, 小笠原 道生.
  • Organizer: 日本動物学会第90回大会
• [Presentation] カタユウレイボヤ幼若体における甲状腺転写因子Nkx2-1およびFoxEのノックアウト. (2019)
  • Author(s): 山村 一平, 黄 涛若,中西 梨奈, 小沼 健,笹倉 靖徳, 小笠原 道生.
  • Organizer: 日本動物学会第90回大会
• [Presentation] 遺伝子破壊に基づいた脊索動物ホヤにおける甲状腺ホルモンの機能解明. (2019)
  • Author(s): 黄 涛若,山村 一平, 小沼 健,吉村 崇, 飯郷 雅之, 小笠原 道生, 笹倉 靖徳.
  • Organizer: 日本動物学会第90回大会
• [Presentation] オタマボヤ綱ミトコンドリアゲノムの進化. (2019)
  • Author(s): 笠原 享祐,足立 千尋, 望月 遊, 大塚 玄航,西野 敦雄,小沼 健,西田 宏記, 横堀 伸一.
  • Organizer: 日本動物学会第90回大会
• [Presentation] RNA-seqから見えてきたサケの産卵回遊の神経内分泌機構. (2019)
  • Author(s): 浦野 明央,北橋 隆史, 安東 宏徳,小沼 健,福若 雅章, 伴 真俊, 兵藤 晋.
  • Organizer: 第13回サケ学研究会
• [Presentation] オタマボヤから見出した新しい左右非対称形成の原理. (2019)
  • Author(s): 小沼健.
  • Organizer: 第5回ユニーク会「不思議の向こう側を分子生物学で覗く」
• [Remarks] 1世紀前からの謎を解明！動物の左右をつくる新しい原理を発見
  • URL: https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2020/20200220_1
• [Remarks] A tadpole with a twist
  • URL: https://resou.osaka-u.ac.jp/en/research/2020/20200220_1
• [Remarks] 胎生魚がお腹の子供に与える栄養素を解明
  • URL: https://www.sci.osaka-u.ac.jp/ja/topics/7930/