2017 Fiscal Year Research-status Report
世代を超えたエピジェネティックな情報伝達に関わるヒストン修飾の探索
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16K07429
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| Research Institution | Konan University |
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Principal Investigator |
向 正則 甲南大学, 理工学部, 教授 (90281592)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 栄養条件 / グルコース / 配偶子 / エピジェネテックス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでに、栄養条件などの環境情報を配偶子が次世代に伝達することが明らかになっている。この情報伝達の分子機構を探るためには、簡便なバイオアッセイ系が必要である。ショウジョウバエを用いたバイオアッセイ系の開発を試み、その結果、低カロリーの餌（通常の半分のグルコースを含む餌、LS餌）で飼育する場合において、LS餌で成熟した成虫に由来するF1が、通常餌で成熟した成虫に由来するF1より早く羽化する傾向が観察された（2017年日本動物学会発表）。この結果は、栄養条件が親から子に伝わる可能性を示唆する。今年度は、さらに、アッセイ系の改良を試みた。まず、アッセイにかかる操作を簡便化し、実験時間を短縮するために、蛹化に注目した。羽化には約10 ~ 14日かかるが、蛹化は4 ~ 6日である。そこで、産卵されたF1が蛹になるまでの日数を測定することでF1の発生に対する影響を評価できるか検討した結果、解析が可能であることが明らかになった。また、低カロリーの餌の組成を再検討した結果、予想外のことが判明した。野生型の系統を用いた実験において、通常餌と比較して、グルコース量を1/3に低下させた餌において、蛹化にかかる時間が短くなる、発生促進効果があることが分かった。通常ショウジョウバエの飼育に用いている餌は、多様な突然変異体を飼育することを目的として作られており、野生型系統に対してはやや高カロリーぎみの組成になっていることが示唆された。また、グルコース量を1/3に低下させた餌で飼育しても、成虫の発生率に顕著な影響が見られないことが分かった。そこで、グルコース量を1/3に低下させた餌と通常の餌を使って、親の栄養条件がF1に与える影響をよりクリアにかつ安定して検出するための条件の改良を行った。その結果、親を１世代低グルコース餌（1/3）で飼育し、より安定した結果を得られるようになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
栄養条件を配偶子が次世代に伝達するという世代間の情報伝達の分子機構を探るためには、バイオアッセイ系の開発、改良、安定化が重要な前提条件になる。本年度は、栄養条件を配偶子が次世代に伝達する現象の性質の解析とともに、この現象を分子レベルで解析するためのバイオアッセイ系の開発、改良を進めた。上述の通り、アッセイ系の簡便化、安定化に成功しており、計画は順調に進行している。
本年度の解析から、グルコース量を通常の1/3に低下させた餌そのものが発生を促進する効果を示すという予想外の結果が得られたため、アッセイ系の改良が必要になった。しかし、この結果は本研究を進めるために重要な示唆を与える。つまり栄養条件そのものが発生の速度に影響与えることを示唆する。グルコースの豊富な通常の餌では、幼虫が積極的に栄養を摂取し続け、グルコース量を1/3に低下させた餌と比較して、結果的に蛹化が遅くなる可能性が考えられた。このことは、幼虫が栄養環境に応じて柔軟に発生スピードをコントロールできる可能性を示唆する。この幼虫自体の反応と、本研究のテーマである親からの栄養条件が幼虫に与える影響とのバランスや相互作用が、発生スピードのコントロールに関わることが予想できる。親からの栄養条件がF1に与える影響を理解する上で、本年度の結果は重要な知見であり、今後の解析の基礎になる情報が得られたと評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
親からの栄養条件がF1に伝わる仕組みを解析するために、上述のアッセイ系を用いて、RNAiを用いた遺伝子のノックダウン実験を行い、世代間の情報伝達に必要な遺伝子の解析を試みる。ショウジョウバエの場合には、多くの遺伝子に対するUAS-RNAi系統が作製されており、これを用いて特定の遺伝子に対するノックダウンが可能である。これらのUAS-RNAi系統を特定のGal4ドライバー系統と交配し、特定の組織、細胞中での遺伝子の機能解析ができる。卵巣は、生殖細胞と体細胞で構成される。そこで、それぞれの細胞種で遺伝子発現を誘導できるGal4ドライバー系統を用いて、世代間の情報伝達に必要な細胞種の解析を試みる。生殖細胞中での機能阻害にはnanos-Gal4ドライバーを用いて解析し、卵巣を構成する体細胞中での機能阻害にはc587-Gal4ドライバーを使う予定である。現在、各系統を入手し、実験の準備を進めている。卵巣の体細胞が環境のグルコース濃度を何らかの形で卵母細胞に伝えると予想している。そこで、卵巣の体細胞中で、インスリン シグナル経路を中心に、InR, chicoなどの遺伝子の機能阻害を行い、世代間の情報伝達に与える影響を調べる。また、卵母細胞中で何らかのエピジェネテックな制御が次世代に情報伝達するために必要と考えられる。そこで、ヒストン修飾に関わる制御因子を中心に、エピジェネテックな制御因子の機能を生殖細胞中でノックダウンし、世代間の情報伝達に与える影響を調べる。これと平行して、グルコース量を1/3に低下させた餌と通常餌で飼育した雌の卵巣中におけるヒストン修飾状態を比較解析し、栄養環境に応答するヒストン修飾を明らかにし、この修飾に関わる酵素のノックダウンの影響を調べる予定である。
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| Causes of Carryover |
本年度の研究により、グルコース量を通常の1/3に低下させた餌そのものが発生を促進する効果を示すという予想外の結果が得られた。このため、アッセイ系の改良が必要になった。そこで、本年度はバイオアッセイ系を用いて、世代間の情報伝達に必要な遺伝子の探索を進めなかった。この遺伝子の探索にかかる予算を次年度に繰り越す形になった。
次年度は遺伝子の探索を進めるために、ショウジョウバエの系統を増やし、飼育するための飼料やバイアルに使用する予定である。具体的には、次年度において、遺伝子のノックダウンに必要なドライバー系統（nanos-Gal4ドライバー系統とc587-Gal4ドライバー）をコンスタントに多量に飼育する必要がある。また特定の遺伝子に対するUAS-RNAi系統を増やし、実験に用いる。これらの実験に使用するショウジョウバエ系統の維持費として次年度使用額を使用する予定である。また、グルコース量を1/3に低下させた餌と通常餌で飼育した雌の卵巣中におけるヒストン修飾状態を、免疫組織化学染色を用いて比較解析を行う。このために必要な試薬代に次年度使用額を使用する。
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