脊椎動物の器官再生能を規定する普遍原理の解明

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Molecular mechanisms underlying reconstruction of 3D structers during regeneration
• Project/Area Number: 22124005
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 横山 仁 弘前大学, 農学生命科学部, 准教授 (90455816)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田村 宏治 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (70261550)
• Project Period (FY): 2010-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 発生・分化 / 再生医学 / 発現制御 / 細胞・組織 / 遺伝子

Outline of Annual Research Achievements

①これまで行ってきた器官再生におけるHippo/Wts経路の機能解析の続きとして、同経路を担う中核分子のYapとTeadの機能を、ゼノパス（アフリカツメガエル）の幼生の尾の再生において阻害した。その結果、Wnt/βカテニン経路を阻害した場合には再生の開始そのものが阻害されるのに対し、YapまたはTeadの機能を阻害した際には尾の再生は開始されるものの、再生される尾のサイズが著しく小さくなることを発見した。
②これまでの研究から、四肢の再生能力とゲノムのエピジェネティック制御との関連が示唆されていた。エピジェネティックなゲノムの制御のうちヒストンの修飾として代表的なものに、転写活性化の指標であるH3K4トリメチル化（H3K4me3）と転写抑制の指標であるH3K27トリメチル化（H3K27me3）の２つがある。この２種類のヒストン修飾の状態をゲノムワイドに調べるエピゲノム解析を実施した。その結果、ゼノパスの幼生では四肢原基の肢芽と、その肢芽を切断した際に形成される再生芽との間でヒストン修飾のパターンにはほとんど差がなく、再生の過程で一定に保たれることを明らかにした。shh遺伝子の四肢特異的遠位エンハンサーであるMFCS1に関しては、四肢の再生能力に対応したヒストン修飾状態（H3K4me3とH3K27me3）の違いは見られなかった。
③これまで行ってきた熱ショックプロモーターの利用と赤外レーザーの照射による発現制御技術（IR-LEGO）と、より広範囲に発現を誘導できる温冷負荷装置を利用した発現制御技術をさらに洗練させ、１細胞から直径1mm以上の広範囲まで、さまざまな範囲で遺伝子発現を誘導できる実験条件を明らかにした。公募班の林利憲氏と森下喜弘氏、およびIR-LEGOの開発者の亀井保博氏と共著で、ゼノパスだけでなくイベリアトゲイモリを含めた発現誘導技術を確立し、共著で論文を出版することができた。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Evidence for an amphibian sixth digit (2015)
  • Author(s): Hayashi, S., Kobayashi, T., Yano, T., Kamiyama, N., Egawa, S., Seki, R., Takizawa, K., Okabe, M., Yokoyama, H. and Tamura, K.
  • Journal Title: Zoological Letters Volume: 1 Pages: 17
  • DOI: 10.1186/s40851-015-0019-y
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Epigenetic Modification Maintains Intrinsic Limb-Cell Identity in Xenopus Limb Bud Regeneration (2015)
  • Author(s): Hayashi, S., Kawaguchi, A., Uchiyama, I., Kawasumi-Kita, A., Kobayashi, T., Nishide, H, Tsutsumi, R., Tsuru, K., Inoue, T., Ogino, H., Agata, K., Tamura, K. and Yokoyama, H.
  • Journal Title: Developmental Biology Volume: 406 Pages: 271-282
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2015.08.013
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] AP-2β is a transcriptional regulator for determination of digit length in tetrapods (2015)
  • Author(s): Seki, R., Kitajima, K., Matsubara, H., Suzuki, T., Saito, D., Yokoyama, H. and Tamura, K.
  • Journal Title: Developmental Biology Volume: 407 Pages: 75-89
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2015.08.006
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Application of local gene induction by infrared laser-mediated microscope and temperature stimulator to amphibian regeneration study (2015)
  • Author(s): Kawasumi-Kita, A., Hayashi, T., Kobayashi, T., Nagayama, C., Hayashi, S., Kamei, Y., Morishita, Y., Takeuchi, T., Tamura, K. and Yokoyama, H.
  • Journal Title: Development Growth and Differentiation Volume: 57 Pages: 601-613
  • DOI: 10.1111/dgd.12241
  • Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 四肢と皮膚の完全再生を可能にする分子・細胞メカニズムの探求 (2016)
  • Author(s): 横山仁
  • Organizer: 日本解剖学会 シンポジウム再生研究の新機軸 ―不可能を可能とする内在性プログラムの探索―
  • Place of Presentation: ビッグパレットふくしま（福島県郡山市）
  • Year and Date: 2016-03-28 – 2016-03-28
  • Invited
• [Presentation] Skin regeneration of Xenopus, as a model for scar-free skin regeneration in adulthood (2016)
  • Author(s): Hitoshi Yokoyama, Rina Otsuka, Aiko Kawasumi-Kita, Tamae Maruoka and Koji Tamura
  • Organizer: Aquatic model organisms for human disease and toxicology research
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター（愛知県岡崎市）
  • Year and Date: 2016-03-18 – 2016-03-18
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ツメガエルにおける局所的な遺伝子発現の操作法の確立と再生研究への応用 (2015)
  • Author(s): 横山仁, 川住愛子, 林利憲, 小林託也, 永山誓史, 林真一, 亀井保博, 森下喜弘, 竹内隆, 田村宏治
  • Organizer: 日本ツメガエル研究集会
  • Place of Presentation: 秋田温泉さとみ（秋田市）
  • Year and Date: 2015-09-15 – 2015-09-15
• [Presentation] アフリカツメガエルを用いた皮膚再生の研究 ‐これまでとこれから‐ (2015)
  • Author(s): 横山仁
  • Organizer: 次世代両生類研究会
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター（愛知県岡崎市）
  • Year and Date: 2015-08-24 – 2015-08-24
  • Invited
• [Presentation] アフリカツメガエルにおける皮膚の完全再生に寄与する細胞の起源 (2015)
  • Author(s): 大塚理奈, 有泉高史, 永山誓史, 川住愛子, 田村宏治, 横山仁
  • Organizer: 日本動物学会東北支部大会
  • Place of Presentation: 東北大学（仙台市）
  • Year and Date: 2015-08-09 – 2015-08-09
• [Presentation] Post embryonicなツメガエルにおける局所的な遺伝子発現の誘導について (2014)
  • Author(s): 横山仁
  • Organizer: イベリアトゲイモリ研究集会
  • Place of Presentation: 鳥取大学（米子市）
  • Year and Date: 2014-12-05 – 2014-12-05
• [Remarks] 弘前大学農学生命科学部教員紹介ページ
  • URL: http://nature.cc.hirosaki-u.ac.jp/staff/hitoshi-yokoyama