大脳皮質の進化過程で獲得した神経幹細胞内mRNA輸送機構の解明

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K20902
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 吉川 貴子 東北大学, 医学系研究科, 助教 (90727851)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 大脳皮質 / 放射状グリア細胞 / Cyclin D2 / mRNA輸送 / 進化

Outline of Annual Research Achievements

哺乳類の大脳皮質が進化過程で拡大した一因として、神経幹細胞として働く放射状グリア（radial glia; RG）細胞の形態および分化機構が複雑化したことが挙げられる。我々は哺乳類RG細胞の長い突起構造内を長距離輸送される分子として細胞周期因子Cyclin D2を同定し、Cyclin D2の細胞内局在により細胞運命が決定されることを報告している。Cyclin D2 mRNA輸送に必要な配列は哺乳類においてのみ保存されているため、このRG細胞内のユニークな分子機構の獲得が種間の大脳皮質構築の差異を生み出す可能性が示唆される。本研究は、生物種による大脳皮質構築の違いがRG細胞形態の進化に伴うCyclin D2 mRNA輸送システムの有無によって作出されているかを検証することを目的としている。
Cyclin D2 mRNAの輸送に必要な3´UTR領域に存在する約50 bpの認識配列（Tsunekawa et al., EMBO J, 2012）を、ゲノム編集技術CRISPR/Cas9法により欠損させ、Cyclin D2 mRNA輸送配列を欠失したマウスを数ライン作製した。この数ラインのうち、F0世代の胚のRG細胞の基底膜突起先端部において、Cyclin D2 mRNAの発現が消失するラインが存在した。また、Cyclin D2 mRNAの輸送が阻害されたラインで、大脳皮質の低形成が認められた。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

これまでに、ゲノム編集技術CRISPR/Cas9法を用いて、Cyclin D2 mRNA輸送配列を欠失したマウスを数ライン作製できた。また、F0世代の胚の解析により、Cyclin D2 mRNA輸送阻害が、大脳皮質形成に影響を与える可能性を示唆できる結果を得たため。
また、動物種間でのCyclinD2の発現比較を行うため、マウス以外の動物種におけるCyclin D2のクローニングも進捗している。

Strategy for Future Research Activity

Cyclin D2 mRNA輸送配列を欠失したマウスについては、F0世代の胚の解析を行なっていたが、より正確な解析を行うためにはF1世代移行の個体の解析が必要である。現在、F1世代を作製中で、F1世代以降の胚でに大脳皮質における同様の解析を進める予定である。また、鳥類胚、爬虫類胚のRG細胞可視化のための遺伝子導入の準備を進めており、RG細胞の形態に依存してCyclin D2 mRNA輸送が行われるのかについて検討する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Electroporation in the rodent embryonic brain using whole embryo culture system. (2017)
  • Author(s): Kikkawa, T., Takahashi, M., Osumi, N.
  • Journal Title: Current Protocols in Neuroscience Volume: 78 Pages: 1-16
  • DOI: 10.1002/cpns.21
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Gene tracing analysis reveals the contribution of neural crest-derived cells in pituitary development. (2016)
  • Author(s): Ueharu, H., Yoshida, S., Kikkawa, T., Kanno, N., Higuchi, M., Kato, T., Osumi, N., Kato, Y.
  • Journal Title: Journal of Anatomy Volume: 230 Pages: 373-380
  • DOI: 10.1111/joa.12572
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Regional volume decreases in the brain of Pax6 heterozygous mutant rats: MRI deformation-based morphometry. (2016)
  • Author(s): Hiraoka, K., Sumiyoshi, A., Nonaka, H., Kikkawa, T., Kawashima, R., Osumi, N.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 11 Pages: e0158153
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0158153
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Analyses of Cyclin D2 mRNA transportation in the cortical development using CRISPR/Cas9 genome editing system. (2017)
  • Author(s): Kikkawa, T., Inoue U, Y., Inoue, T., Osumi, N.
  • Organizer: 第10回 神経発生討論会
  • Place of Presentation: 韓国・仁川
  • Year and Date: 2017-03-10
• [Presentation] Analyses of Cyclin D2 mRNA transportation in the cortical development using CRISPR/Cas9 genome editing system. (2016)
  • Author(s): Kikkawa, T., Inoue U, Y., Inoue, T., Casingal R, C., Osumi, N.
  • Organizer: 第39回 日本分子生物学会
  • Place of Presentation: 横浜・パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2016-12-01
• [Presentation] Cyclin D2 mRNA transportation in the cortical development is based on the 3’ UTR element: a CRISPR/Cas9 analysis. (2016)
  • Author(s): Kikkawa, T., Inoue U, Y., Inoue, T., Osumi, N.
  • Organizer: 第39回 日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 横浜・パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2016-07-20