仙椎-後肢ユニットの形態の制約と個体間の位置のゆらぎを生み出す分子機構の解明

• Project Area: Evolutionary theory for constrained and directional diversities
• Project/Area Number: 20H04867
• 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: Nagoya University
• Principal Investigator: 鈴木 孝幸 名古屋大学, 生命農学研究科, 准教授 (40451629)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥10,270,000 (Direct Cost: ¥7,900,000、Indirect Cost: ¥2,370,000); Fiscal Year 2021: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2020: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
• Keywords: 揺らぎ / 遺伝子発現 / エンハンサー / 骨格 / パターン / 進化 / ゆらぎ / 仙椎 / Hox / 発生 / 骨格パターン / 進化発生

Outline of Research at the Start

本研究は、四肢動物間で不可変である仙椎-後肢ユニットを維持するためのGDF11による5’Hox遺伝子群の入れ子状の発現誘導機構と、誘導された5’Hox遺伝子群の発現が個体間でゆらぎ、仙椎-後肢ユニットの位置自体が個体間でゆらぐ分子機構の両方を明らかにする事を目指す。これにより椎式のアルシャラクシス的な進化を誘導しえた発生メカニズムの実体も明らかにしたい。

Outline of Annual Research Achievements

我々の研究成果よりより、仙椎の位置決定に関与するHox11遺伝子群の発現には、TGF-βスーパーファミリーの分泌因子GDF11が必要であることが明らかとなった。そこで本研究では、　培養細胞系を用いてGDF11の濃度と時間のどの働きがHox11遺伝子群の発現に重要であるのかを調べた。マウスのES細胞を脊椎骨の前駆組織である前体節中胚葉の細胞に分化誘導し、その細胞に様々な濃度のGDF11タンパク質、及びに作用時間を変化させてHoxa11, Hoxc11, Hoxd11の発現量をRT-qPCRを用いて調べた。その結果、Hox11遺伝子群の発現は濃度と時間依存的に発現が上昇することが分かった。これらのことから、生体内においても前体節中胚葉の後端に発現するGDF11タンパク質の濃度と作用時間に依存してHox11遺伝子群の発現が誘導されている可能性が示唆された。
GDF11の作用する濃度と時間が変化することにより体の前後軸に沿った仙椎の位置がゆらぐかどうかを直接調べるために、Gdf11のエンハンサー候補領域の１つと、エンハンサー候補領域の3つを同時に欠損させた標的遺伝子破壊マウスを作成した。その結果、1つのエンハンサー候補領域を欠損させた胚より、3つ同時に欠損させた胚の方が仙椎の位置がより体の後方にシフトすることが分かった。この結果より、GDF11の作用を減弱させるとその濃度と時間に依存して実際に仙椎の位置が変化することが分かった。これらの結果より個体間においてGDF11の作用する濃度と時間が少し異なることが結果として個体間の仙椎の位置の違いを生み出している可能性が強く示唆された。これが仙椎の位置が個体間で揺らぐメカニズムの実体であることが強く示唆された。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Universiyy of Wisconsin-Madison(米国)
• [Int'l Joint Research] カセサート大学(タイ)
• [Journal Article] Uterus-specific transcriptional regulation underlies eggshell pigment production in Japanese quail (2022)
  • Author(s): Ishishita Satoshi、Kitahara Shumpei、Takahashi Mayuko、Iwasaki Sakura、Tatsumoto Shoji、Hara Izumi、Kaneko Yoshiki、Kinoshita Keiji、Yamaguchi Katsushi、Harada Akihito、Ohmori Yasushige、Ohkawa Yasuyuki、Go Yasuhiro、Shigenobu Shuji、Matsuda Yoichi、Suzuki Takayuki
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 17 Issue: 3 Pages: 0265008-0265008
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0265008
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The dynamic spatial and temporal relationships between the phalanx‐forming region and the interdigits determine digit identity in the chick limb autopod (2021)
  • Author(s): Suzuki Takayuki、Fallon John F.
  • Journal Title: Developmental Dynamics Volume: 250 Issue: 9 Pages: 1318-1329
  • DOI: 10.1002/dvdy.323
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Downregulation of <i>Grem1</i> expression in the distal limb mesoderm is a necessary precondition for phalanx development (2021)
  • Author(s): Lancman Joseph J.、Hasso Sean M.、Suzuki Takayuki、Kherdjemil Yacine、Kmita Marie、Ferris Andrea、Dong P. Duc S.、Ros Marian A.、Fallon John F.
  • Journal Title: Developmental Dynamics Volume: 251 Issue: 9 Pages: 1-14
  • DOI: 10.1002/dvdy.431
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Origin and evolutionary history of domestic chickens inferred from a large population study of Thai red junglefowl and indigenous chickens (2021)
  • Author(s): Hata Ayano、Nunome Mitsuo、Suwanasopee Thanathip、Duengkae Prateep、Chaiwatana Soontorn、Chamchumroon Wiyada、Suzuki Takayuki、Koonawootrittriron Skorn、Matsuda Yoichi、Srikulnath Kornsorn
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Issue: 1 Pages: 1-1
  • DOI: 10.1038/s41598-021-81589-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Thalidomide and its metabolite 5‐hydroxythalidomide induce teratogenicity via the cereblon neosubstrate PLZF (2021)
  • Author(s): Yamanaka Satoshi、Murai Hidetaka、Saito Daisuke、Abe Gembu、Tokunaga Etsuko、Iwasaki Takahiro、Takahashi Hirotaka、Takeda Hiroyuki、Suzuki Takayuki、Shibata Norio、Tamura Koji、Sawasaki Tatsuya
  • Journal Title: The EMBO Journal Volume: 40 Issue: 4 Pages: 1-1
  • DOI: 10.15252/embj.2020105375
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] How do signaling and transcription factors regulate both axis elongation and Hox gene expression along the anteroposterior axis? (2020)
  • Author(s): Saito Seiji、Suzuki Takayuki
  • Journal Title: Development, Growth & Differentiation Volume: 62 Issue: 5 Pages: 363-375
  • DOI: 10.1111/dgd.12682
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transcriptome analysis revealed misregulated gene expression in blastoderms of interspecific chicken and Japanese quail F1 hybrids (2020)
  • Author(s): Ishishita Satoshi、Tatsumoto Shoji、Kinoshita Keiji、Nunome Mitsuo、Suzuki Takayuki、Go Yasuhiro、Matsuda Yoichi
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 15 Issue: 10 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0240183
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Geographic Origin and Genetic Characteristics of Japanese Indigenous Chickens Inferred from Mitochondrial D-Loop Region and Microsatellite DNA Markers (2020)
  • Author(s): Hata Ayano、Takenouchi Atsushi、Kinoshita Keiji、Hirokawa Momomi、Igawa Takeshi、Nunome Mitsuo、Suzuki Takayuki、Tsudzuki Masaoki
  • Journal Title: Animals Volume: 10 Issue: 11 Pages: 2074-2074
  • DOI: 10.3390/ani10112074
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Remarks]
  • URL: https://suzukitakayuki6.wixsite.com/mysite