体節形成における分節時計と空間情報の相互作用の解析

• Project Area: Interplay of developmental clock and extracellular environment in brain formation
• Project/Area Number: 19H04797
• 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: Center for Novel Science Initatives, National Institutes of Natural Sciences
• Principal Investigator: 高田 慎治 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 教授 (60206753)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000); Fiscal Year 2020: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2019: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: 遺伝子 / 発生 / 細胞 / 発生,分化 / 発生・分化 / シグナル伝達

Outline of Research at the Start

動物の発生において、複雑な組織や器官の構造が再現性良く構築されるためには、時間情報と空間情報の各々が厳密に制御されるだけではなく、両者の協調性が適切に保たれる必要がある。研究代表者等は、体節形成において位置情報を作り出すFgf-ERKシグナルがripply遺伝子の発現制御を介して分節時計を制御することを明らかにしてきた。一方、ripplyが発現するよりも以前の段階においても、Fgf-ERKシグナルと分節時計は相互に制御されていることが示唆されたため、本研究ではこの協調的な相互作用が起きている作用点を明確にし、それを生み出す分子機構の解明を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

時間情報を作り出す分子時計と空間情報を作り出す分泌シグナルの相互作用が、秩序だった体節の形成には必要であると考えられている。研究代表者等は体節形成において位置情報を作り出すFgf-ERKシグナルが分節時計の中心をなすHairy遺伝子の転写をいかに制御するかという問題に着目し、これまでにFgf-ERKシグナルがripply遺伝子の発現制御を介して分節時計を制御する分子ネットワークの一端をゼブラフィッシュを用いて明らかにした。一方、ripply遺伝子の発現はFgf-ERKシグナルと分節時計相互に制御されていることが示唆されてきたが、ripplyが発現するよりも以前の段階で起きる両者の協調的な制御が体節の形成に関与する可能性は十分には明らかにされていない。そこで、本研究ではこの協調的な相互作用の実態と必要性を検討した。
本年度は、時間情報と空間情報の相互作用の実態を、昨年度に樹立したher1-mCherryノックインフィッシュを用いて検討した。さらに、ripply1, ripply2のノックインフィッシュを用いて両ripplyタンパク質の動態と体節境界位置の関係を解析した。これらの実験から得られた結果と既知の分子間相互作用をもとに分子ネットワークを構築し、金沢大学の瓜生博士の協力によりこの分子ネットワークを基盤にした数理モデルを作成した。その結果、この分子ネットワークのみで生体時計のダイナミックな時間情報を体節の空間パターンに変換できることが示されるとともに、ripplyが発現するよりも以前の段階で起きるFgf-ERKシグナルの周期的変化がなくてもこの変換は起きることが示唆された。したがって、時間情報と空間情報の相互作用はripply遺伝子の発現前にも起きている可能性はあるものの、時間情報による空間情報の調節が必ずしもなくても体節形成は起きうるものと考えられた。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Ulsan College of Medicine(韓国)
• [Int'l Joint Research] The University of Hong Kong(中国)
• [Int'l Joint Research] National Institute of Health(米国)
• [Journal Article] Fine-tuning of β-catenin in mouse thymic epithelial cells is required for postnatal T-cell development (2022)
  • Author(s): Fujimori Sayumi、Ohigashi Izumi、Abe Hayato、Matsushita Yosuke、Katagiri Toyomasa、Taketo Makoto M、Takahama Yousuke、Takada Shinji
  • Journal Title: eLife Volume: 11 Pages: 69088-69088
  • DOI: 10.7554/elife.69088
  • NAID: 120007186797
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effect of retinoic acid signaling on Ripply3 expression and pharyngeal arch morphogenesis in mouse embryos (2021)
  • Author(s): Tadashi Okubo, Keiko Hara, Sadahiro Azuma, Shinji Takada
  • Journal Title: Developmental Dynamics Volume: 250 Issue: 7 Pages: 1036-1050
  • DOI: 10.1002/dvdy.301
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Quantitative analyses reveal extracellular dynamics of Wnt ligands in Xenopus embryos (2021)
  • Author(s): Mii Yusuke、Nakazato Kenichi、Pack Chan-Gi、Ikeda Takafumi、Sako Yasushi、Mochizuki Atsushi、Taira Masanori、Takada Shinji
  • Journal Title: eLife Volume: 10 Pages: 55108-55108
  • DOI: 10.7554/elife.55108
  • NAID: 120007041648
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Regulation of Wnt/PCP signaling through p97/VCP-KBTBD7-mediated Vangl ubiquitination and endoplasmic reticulum-associated degradation (2021)
  • Author(s): Feng Di、Wang Jin、Yang Wei、Li Jingyu、Lin Xiaochen、Zha Fangzi、Wang Xiaolu、Ma Luyao、Choi Nga Ting、Mii Yusuke、Takada Shinji、Huen Michael S. Y.、Guo Yusong、Zhang Liang、Gao Bo
  • Journal Title: Science Advances Volume: 7 Issue: 20 Pages: 2099-2099
  • DOI: 10.1126/sciadv.abg2099
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Optogenetic relaxation of actomyosin contractility uncovers mechanistic roles of cortical tension during cytokinesis (2021)
  • Author(s): Yamamoto Kei、Miura Haruko、Ishida Motohiko、Mii Yusuke、Kinoshita Noriyuki、Takada Shinji、Ueno Naoto、Sawai Satoshi、Kondo Yohei、Aoki Kazuhiro
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 12 Issue: 1 Pages: 1-13
  • DOI: 10.1038/s41467-021-27458-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The second pharyngeal pouch is generated by dynamic remodeling of endodermal epithelium in zebrafish (2020)
  • Author(s): Okada Kazunori、Takada Shinji
  • Journal Title: Development Volume: 147 Issue: 24
  • DOI: 10.1242/dev.194738
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transcriptional autoregulation of zebrafish tbx6 is required for somite segmentation (2019)
  • Author(s): Ban Hiroyuki、Yokota Daisuke、Otosaka Shiori、Kikuchi Morimichi、Kinoshita Hirofumi、Fujino Yuuri、Yabe Taijiro、Ovara Hiroki、Izuka Ayaka、Akama Kagari、Yamasu Kyo、Takada Shinji、Kawamura Akinori
  • Journal Title: Development Volume: 146 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1242/dev.177063
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Wnt produced by stretched roof-plate cells is required for the promotion of cell proliferation around the central canal of the spinal cord (2019)
  • Author(s): Shinozuka Takuma、Takada Ritsuko、Yoshida Shosei、Yonemura Shigenobu、Takada Shinji
  • Journal Title: Development Volume: 146 Issue: 2 Pages: 159343-159343
  • DOI: 10.1242/dev.159343
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Novel components of germline sex determination acting downstream of foxl3 in medaka (2019)
  • Author(s): Kikuchi Mariko、Nishimura Toshiya、Saito Daisuke、Shigenobu Shuji、Takada Ritsuko、Gutierrez-Triana Jos? Arturo、Cerd?n Juan Luis Mateo、Takada Shinji、Wittbrodt Joachim、Suyama Mikita、Tanaka Minoru
  • Journal Title: Developmental Biology Volume: 445 Issue: 1 Pages: 80-89
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2018.10.019
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] The roles of ripply1/2 in the somite boundary formation and the segmentation clock termination (2021)
  • Author(s): Yabe T. and Takada S.
  • Organizer: 16th International Zebrafish Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The molecular mechanisms coordinating the termination of the segmentation clock and somite boundary formation (2021)
  • Author(s): Yabe T. and Takada S.
  • Organizer: 85th Cold Spring Harbor Laboratory Symposium "Biological Time Keeping"
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mechanism and significance of morphological change of Wnt-producing cells in the mouse spinal cord (2019)
  • Author(s): Takuma Shinozuka, Ritsuko Takada, Shinji Takada
  • Organizer: The 2nd NIBB-Princeton Symposium “Imaging and Quantitative Biology”
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Molecular mechanisms for the positioning of somite boundaries in zebrafish (2019)
  • Author(s): Yabe T. and Takada S
  • Organizer: 14th International Zebrafish Conference
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 基礎生物学研究所HP
  • URL: https://www.nibb.ac.jp/sections/division/takada/
• [Remarks] プレスリリース：動く分子と動かない分子が協調して、安定した位置情報を素早く作り出す
  • URL: https://www.nibb.ac.jp/pressroom/news/2021/06/04.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/cib2/