性ホルモンに依存しない性差構築の分子基盤

• Project Area: Molecular mechanisms for establishment of sex differences.
• Project/Area Number: 25132702
• 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: Tohoku University
• Principal Investigator: 佐藤 耕世 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (40451611)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2014: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2013: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: 脳 / 神経 / 性差 / ショウジョウバエ / 性行動 / クロマチン / ユビキチン / 転写因子 / ユビキチン化

Outline of Annual Research Achievements

1. ショウジョウバエ脳神経系の性決定遺伝子fruitless（fru）に着目して、この遺伝子から産生される転写因子Fruが、fru発現ニューロンの一群に雄の特徴を形成し、それによって雄の性行動を形作る機構の一端を、分子及び細胞の視点から解明した。昨年度までに、fruと遺伝学的に相互作用する遺伝子としてlolaを特定しており、この遺伝子から産生されるスプライシング派生体の一つ（Lola29M）がFruタンパク質のバインディングパートナーとして働き、fru発現神経クラスターの一つ、mALを雄化することを示唆する結果を得ている。一方、本年度は、Fruが産生されない雌の脳神経系において、Lola29Mの切断によって雌特異的に産生される、N末端側の構造を欠く小さい産物（Lola29F）に着目し、その機能を解析した。Lola29Fを雄のfru発現神経クラスターに異所的に発現させたところ、当該ニューロンが脱雄化（雌化）した。また、Lola29Fの産生は、Fruタンパク質を雌のfru発現ニューロンに異所発現させた場合に抑制された。Lola29Fはfru発現ニューロンを雌化する機能を有しており、雄ではFruがLola29Mに物理的に結合することによってその産生を抑制し、それによってニューロンを雄化することが示唆された。転写因子Fruが、転写制御以外の機能を持つことを示唆する初めての結果である。
2. 上記の仕組みによって細胞自律的に性運命を指定されたニューロンが、性に特有の神経突起を形成する際の細胞間相互作用についても解析した。食道下神経節（性フェロモンの受容に関わる部位）に雄特有の神経突起をもつ三つのfru発現クラスター（mAL、mcAL、vAB3）に着目して、それぞれの神経クラスターを異なる蛍光物質で標識するBrainbowシステムを用いて、当該神経クラスターが相互に神経突起を誘導し合うことが示唆された。細胞自律的に細胞の性が決まるとされる昆虫類において、細胞非自律的なプロセスの関与を示唆する初めての結果である。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] A fruitless upstream region that defines the species specificity in the male-specific muscle patterning in Drosophila. (2014)
  • Author(s): Takayanagi, S., Toba, G., Lukacsovich, T., Ote, M., Sato, K., and Yamamoto, D.
  • Journal Title: J. Neurogenet. Volume: 29 Issue: 1 Pages: 23-29
  • DOI: 10.3109/01677063.2014.983101
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The Drosophila Lingerer protein cooperates with Orb2 in long-term memory formation. (2014)
  • Author(s): Kimura, S., Sakakibara, Y., Sato, K., Ote, M., Ito, H., Koganezawa, M., and Yamamoto, D.
  • Journal Title: J. Neurogenet. Volume: 29 Issue: 1 Pages: 8-17
  • DOI: 10.3109/01677063.2014.917644
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] An epigenetic switch of the brain sex as a basis of gendered behavior in Drosophila. (2014)
  • Author(s): Sato K. and Yamamoto D.
  • Journal Title: Advances in Genetics Volume: 86 Pages: 45-63
  • DOI: 10.1016/b978-0-12-800222-3.00003-6
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 「越境する性」の生物学 (Biological bases for typical and atypical gendered behaviors) (2014)
  • Author(s): 山元大輔, 佐藤耕世
  • Journal Title: 岩波 科学 Volume: 84 (7) Pages: 736-744
• [Journal Article] The Drosophila Lingerer protein cooperates with Orb2 in long-term memory formation. (2014)
  • Author(s): Kimura S., Sakakibara Y., Sato K., Ote M., Ito H., Koganezawa M. and Yamamoto D.
  • Journal Title: Journal of Neurogenetics Volume: accepted
• [Journal Article] Neuroethology of male courtship in Drosophila: from the gene to behavior. (2014)
  • Author(s): Yamamoto D., Sato K., and Koganezawa M.
  • Journal Title: J. Comp. Physiol. A. Volume: 200 Issue: 4 Pages: 251-264
  • DOI: 10.1007/s00359-014-0891-5
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The female brain and the male brain. (2013)
  • Author(s): Yamamoto D., Sato K.
  • Journal Title: Brain and Nerve Volume: 65 (10) Pages: 1147-1158
  • NAID: 40019825578
• [Presentation] Trf2 may act as a co-factor of Fruitless, a neural masculinizing factor. (2014)
  • Author(s): Chowdury ZS., Sato K. and Yamamoto D.
  • Organizer: The 2nd Taiwan-Tohoku University Neuroscience Workshop for Young Scientists
  • Place of Presentation: 宮城蔵王
  • Year and Date: 2014-12-07 – 2014-12-11
• [Presentation] A possible involvement of non-cell-autonomous mechanism in shaping sexually dimorphic neuronal structures. (2014)
  • Author(s): Kato T., Sato K. and Yamamoto D.
  • Organizer: The 2nd Taiwan-Tohoku University Neuroscience Workshop for Young Scientists
  • Place of Presentation: 宮城蔵王
  • Year and Date: 2014-12-07 – 2014-12-11
• [Presentation] A genetic screen for Fru-target genes required for sexually-dimorphic projection patterning in Drosophila neurons. (2014)
  • Author(s): Ito H., Sato K., Kondo S. and Yamamoto D.
  • Organizer: The 2nd Taiwan-Tohoku University Neuroscience Workshop for Young Scientists
  • Place of Presentation: 宮城蔵王
  • Year and Date: 2014-12-07 – 2014-12-11
• [Presentation] Sex-specific functions of longitudinals lacking. (2014)
  • Author(s): Sato K., Toba G., Ito H., Koganezawa M., Yamamoto D.
  • Organizer: The 2nd Taiwan-Tohoku University Neuroscience Workshop for Young Scientists
  • Place of Presentation: 宮城蔵王
  • Year and Date: 2014-12-07 – 2014-12-11
• [Presentation] ショウジョウバエ脳神経系の雄化因子Fruitlessがもつ転写調節以外の機能 (2014)
  • Author(s): 佐藤耕世, 鳥羽岳太, 伊藤弘樹, 小金澤雅之, 山元大輔
  • Organizer: 新学術領域研究「性差構築の分子基盤」第6回領域会議
  • Place of Presentation: 浜松
  • Year and Date: 2014-10-09 – 2014-10-11
• [Presentation] A potential non-transcriptional role of Fruitless that specifies neuronal sex-types and fly sexual orientation. (2014)
  • Author(s): Sato K., Toba G., Ito H., Koganezawa M., Yamamoto D.
  • Organizer: 日本動物学会第85回大会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-14
• [Presentation] A possible role for the CPEB-interacting protein in the long-term memory formation explored in Drosophila melanogaster. (2013)
  • Author(s): Kimura S., Sunouchi K., Sato K., Ito H., Nomoto S., Sakakibara Y. and Yamamoto D.
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸
• [Presentation] Sex-specific functions of longitudinals lacking. (2013)
  • Author(s): Sato K., Toba G., Ito H., Koganezawa M., Yamamoto D.
  • Organizer: 2013 CSHL Meeting on Neurobiology of Drosophila
  • Place of Presentation: NY, U.S.A.
• [Presentation] Non-cell-autonomous mechanism generates sexually dimorphic neuronal structures in the Drosophila brain. (2013)
  • Author(s): Kato T., Sato K., Yamamoto D.
  • Organizer: Asia-Pacific Drosophila Research Conference 2013
  • Place of Presentation: Seoul, Korea
• [Presentation] Non-cell-autonomous mechanism generates sexually dimorphic neuronal structures in the Drosophila brain. (2013)
  • Author(s): Kato T., Sato K., Yamamoto D.
  • Organizer: NIH-Tohoku University-JSPS Symposium
  • Place of Presentation: 仙台
• [Remarks] 東北大学大学院生命科学研究科脳機能遺伝分野（山元大輔研究室）
  • URL: http://www.biology.tohoku.ac.jp/lab-www/yamamoto_lab/
• [Remarks] Kosei Sato Web Page
  • URL: https://sites.google.com/site/koseisato777/top-page
• [Remarks] 東北大学大学院生命科学研究科脳機能遺伝分野
  • URL: http://www.biology.tohoku.ac.jp/lab-www/yamamoto_lab/
• [Remarks] Kosei Sato Web Page
  • URL: https://sites.google.com/site/koseisato777/