2016 Fiscal Year Research-status Report
| Project/Area Number |
16KT0178
|
|---|
| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
|---|
Principal Investigator |
松田 充弘 国立研究開発法人理化学研究所, 生命システム研究センター, 基礎科学特別研究員 (10709752)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-07-19 – 2020-03-31
|
| Keywords | 体節時計 / 遺伝子回路 / 遺伝子発現振動 / 細胞間同調 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は生物を機械として理解することを目標としている。機械として理解するとは、生命をハードウェアとソフトウェア（部品とプログラム・動作原理）の側面から理解する、つまり機械的な機構によって理解することを指す。そのためには複雑な生命を単純化する必要がある。そこで、培養細胞と最小限の遺伝子部品を用いて、注目する生命現象の本質だけを抽出したシンプルな生物らしさを再構成する。注目した生命現象は体節時計で、現在、この現象は遺伝子発現振動と細胞間同調によると考えられている。この２つの要素を培養細胞に遺伝子ネットワークを構築することによって、単純化された体節時計（遺伝子発現の進行波）の再構成を目指す。これにより、体節時計がどのような原理で動作しているかを構成的アプローチによって明らかにすることが本研究の目的である。
本年度は振動原理の再構成に取り組んだ。遺伝子発現振動は転写抑制因子Hesが自己抑制回路を形成することで動作していると考えられている。そこで人工転写抑制因子Tetリプレッサーを用いた自己抑制回路を培養細胞内に再構成した。その結果、遺伝子発現の振動らしきものは観察できたが、周期の長さが安定せず振動とはっきり言える程度のものではなかった。これは、頑強な実際の体節時計の振動と比べてひどく脆弱であった。そこでより現実を踏襲したHes遺伝子自身を用いて振動の再構成を試みたが、頑強な振動は観察できなかった。
これは体節時計の遺伝子発現振動には、Hes遺伝子の自己抑制回路以外の未知の動作原理が隠されている可能性を示唆しており、それを明らかにすることを次年度の目標とする。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
体節時計は遺伝子発現振動と細胞間同調によって実現されると考えられている。そこで、本年度は遺伝子発現振動を人工転写抑制因子を用いて、培養細胞に構築できるかを調べた。その結果、遺伝子発現の振動らしきものは観察されたが、振幅の大きさ、振動周期の安定性は実際の体節時計のものと比べて不十分なものであった。用いた人工転写因子に原因があるのではと考え、実際の体節時計振動遺伝子と考えられているHes遺伝子をクローニングし、培養細胞に導入した。しかし、頑強な振動は観察できなかった。これは、当初から予想された可能性の１つで、頑強な遺伝子発現振動にはこれまでの研究で知られているHesの自己抑制回路だけでは不十分である、もしくはHesが十分に機能するための条件の理解が不十分であることを示唆している。今後は、実際の体節時計を調べて、解析することでこれまで知られていない原理を明らかにするという方針を採る予定である。本年度は遺伝子発現振動を可視化する実験系の開発にも力を入れた。遺伝子発現振動を観察するには応答の速いレポーターを用いる必要がある。そのためには分解されやすいレポーターを用いることになるのだが、同時にシグナルの減少をもたらす。本年度はその問題を解決し、適切なレポーターを用いた測定系を開発することができた。以上、振動を実現するためには未知の条件があることを明らかにしたこと、振動を観察する適切な系を開発できたことから本研究課題はおおむね順調に進展していると評価した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究から、現在知られている遺伝子部品だけでは遺伝子発現振動を再構築できなかった。そこで次の課題として、実際の体節時計の遺伝子発現振動を観察・解析することで未知の重要遺伝子や、振動のための条件を明らかにし、その知見を元に遺伝子発現振動を再構成する方針を採る。現在、さまざまな細胞種がES・iPS細胞から誘導できることが知られている。そこで体節時計の観察できる未分節中胚葉の細胞をES・iPS細胞から誘導することを目指す。現在未分節中胚葉に近い系列の細胞を誘導する方法は報告があり、その手順を参考にして行う。誘導手順の確立後は、実際の体節時計と本研究で培養細胞に再構成したものとを比較することで、強固な振動が実現するための条件を明らかにすることを目的とする。特に、再構成に用いる遺伝子部品が、通常の培養細胞と強固な振動が観察される未分節中胚葉で同様の振る舞いを見せるか測定実験を行う。違いがある点について詳細に解析し培養細胞への再構成実験にフィードバックする。これにより、未知の原理を加えた設計図によって、体節時計の遺伝子発現振動を培養細胞に再構成し、体節時計の理解が進むことを目的とする。細胞間同調に関しては、本年度も遺伝子発現振動に集中するために特には行わない。しかし、未分節中胚葉の細胞の誘導に成功すれば、そこには細胞間同調機構も備わっていると考えられるため細胞間同調を理解する上での大きな利点を手にできると考えている。
|
