新しいゲノム遺伝子相関を創出する脊椎動物特有の遠位エンハンサーによる進化

• Project Area: Correlative gene system: establishing next-generation genetics
• Project/Area Number: 24113520
• 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: National Institute of Genetics
• Principal Investigator: 隅山 健太 国立遺伝学研究所, 集団遺伝研究系, 研究員 (00370114)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000); Fiscal Year 2013: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2012: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
• Keywords: 進化 / 転写制御 / トランスジェニックマウス / シス制御配列 / 進化発生

Research Abstract

脊椎動物ゲノムで顕著に発達した遠位エンハンサーを、新しい遺伝子相関を形成し、新機能獲得進化を促進する仕組みとして捉え、ゲノム解析・機能解析等により検証した。
【シーラカンスに見いだされた哺乳類胎盤エンハンサーの祖先配列】哺乳類においてHoxA13遺伝子は胎盤発生に必須の遺伝子である。その発現制御領域に相同な配列が、鳥類、さらにシーラカンスのHox遺伝子クラスターに発見された。興味深いことにその位置は、多くの脊椎動物ですでに失われているHoxA14遺伝子のプロモーター領域であった。このことは、遺伝子本体が失われた後もその制御領域が生き残り、新しい機能を獲得した進化の例として重要な知見である。この研究はシーラカンスゲノム論文の一部として発表した（Nature 496, 311–316. 2013）。
【Dlx3/4遺伝子発現制御cis-elementのほ乳類における進化】ほ乳類特有の胎盤形成に関与すると考えられるDlx3/4遺伝子の真獣類共通に保存している胎盤エンハンサーを発見した。オポッサムの解析からエンハンサー進化の中間段階が配列比較から示唆された。進化的に保存するトランスポゾンも近傍に発見された。
【 ゲノム重複によって生じたパラログ遺伝子Gsx1,Gsx2の転写制御におけるゲノム・遺伝子相関】前脳の形成に決定的に重要な役割をするパラログ遺伝子Gsx1，Gsx2は、配列相同性があり似通った組織特異性を持つエンハンサーによって制御され、さらに相互に転写を抑制制御することで相互補償的な発現を実現していると考えられる。今回このエンハンサーの機能コア配列を特定し、その配列を含む祖先的なヌタウナギのエンハンサーがマウスと同様の活性を持つことを発見した。これによりLGE形成に必要な遺伝子ネットワークがすでにヌタウナギにも存在している可能性が高まった。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] The African coelacanth genome provides insights into tetrapod evolution (2013)
  • Author(s): Amemiya C.T., Alfoldi J, Lee AP, Fan S, Philippe H, Maccallum I, Braasch I, Sumiyama K, Brinkmann H, Volff JN, Tabin CJ, Shubin N, Schartl M, Jaffe DB, Postlethwait JH, Venkatesh B, Di Palma F, Lander ES, Meyer A, Lindblad-Toh K., et al.
  • Journal Title: Nature Volume: 496 Issue: 7445 Pages: 311-316
  • DOI: 10.1038/nature12027
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] GDNF and endothelin 3 regulate migration of enteric neural crest-derived cells via PKA and Rac1 (2013)
  • Author(s): Goto A, Sumiyama K, Kamioka Y, Nakasho E, Ito K, Iwasaki M, Enomoto H, Matsuda M.
  • Journal Title: Journal of Neuroscience Volume: 33 Issue: 11 Pages: 4901-4912
  • DOI: 10.1523/jneurosci.4828-12.2013
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] "Theria-specific homeodomain and cis-regulatory element evolution of the Dlx3-4 bigene cluster in 12 different mammalian species." (2013)
  • Author(s): Kenta Sumiyama,Tsutomu Miyake,Jane Grimwood,Andrew Stuart,Mark Dickson,Jeremy Schmutz, Frank H.Ruddle,Richard M.Myers,and Chri T. Amemiya
  • Journal Title: Journal of Experimental Zoology Part B: Molecular and Developmental Evolution Volume: 318 Issue: 8 Pages: 369-350
  • DOI: 10.1002/jez.b.22469
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A SINE-Derived Element Constitutes a Unique Modular Enhancer for Mammalian Diencephalic Fgf8. (2012)
  • Author(s): Akiko Nakanishi, Naoki Kobayashi, Asuka Suzuki-Hirano, Hidenori Nishihara, Takeshi Sasaki, Mika Hirakawa, Kenta Sumiyama, Tomomi Shimogori, Norihiro Okada.
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 7 Issue: 8 Pages: e43785-e43785
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0043785
  • Peer Reviewed
• [Presentation] A Simple and Highly Efficient Transgenesis Method in Mice with the Tol2 Transposon System and Cytoplasmic Microinjection (2013)
  • Author(s): Kenta Sumiyama
  • Organizer: CDB Symposium 2013 The Making of a Vertebrate
  • Place of Presentation: 神戸理研CDB
  • Year and Date: 2013-03-04
• [Presentation] 哺乳類Gsx1, Gsx2ホメオボックス遺伝子シス発現調節因子の進化的および機能的解析 (2013)
  • Author(s): 隅山健太
  • Organizer: 第46回日本発生生物学会年会
  • Place of Presentation: 松江
• [Presentation] 脊椎動物ボディプラン進化における遺伝子重複によるシス転写調節機構新機能獲得進化の可能性 (2013)
  • Author(s): 隅山健太
  • Organizer: 日本遺伝学会第８５回大会
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] Gsxホメオボックス遺伝子のパラロガス転写調節領域の機能と進化 (2012)
  • Author(s): 隅山 健太
  • Organizer: 日本進化学会第14回東京大会
  • Place of Presentation: 首都大学東京南大沢キャンパス
• [Presentation] 人類進化におけるゲノム非コード領域転写調節機能進化解析の試み (2012)
  • Author(s): 隅山 健太
  • Organizer: 第66回日本人類学会大会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学日吉キャンパス
• [Presentation] Function and evolution of paralogous conserved regulatory elements of Gsx homeobox genes (2012)
  • Author(s): 隅山 健太
  • Organizer: 学融合推進センター・共同研究プロジェクト研究会「脳の進化 -大脳新皮質の起源を尋ねて-」
  • Place of Presentation: 総研大葉山キャンパス
• [Book] 遺伝子図鑑 (7-12遺伝子重複) (2013)
  • Author(s): 隅山 健太
  • Total Pages: 263
  • Publisher: 悠書館
• [Book] 進化学辞典 日本進化学会編 (2012)
  • Author(s): 隅山健太
  • Publisher: 共立出版
• [Remarks] 隅山健太 研究紹介
  • URL: http://sayer.lab.nig.ac.jp/~sumiyama/index.html