2017 Fiscal Year Annual Research Report
Gene regulatory network in the epiblast regionalization and somatic lineage derivation
| Project/Area Number |
17H03688
|
|---|
| Research Institution | Kyoto Sangyo University |
|---|
Principal Investigator |
近藤 寿人 京都産業大学, 総合生命科学部, 教授 (70127083)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | 細胞分化 / エピブラスト / 原腸陥入 / 幹細胞 / 転写因子 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
次の課題を中心として研究した：【課題１】体の頭部、頸部、体幹部の３領域の成立機構。【課題２】転写因子Sox2の制御制御と作用。【課題３】Zic 転写因子群の作用。【課題４】Nodeと原条を形成するプロセスの解析。
次の研究実績を得た：【課題１】mCherry標識ウズラ胚NodeをGFP標識したニワトリ胚に異所移植し、二次的な胚構造が発生するまでのプロセスを追跡した。Nodeを前部エピブラスト領域に移植した場合に限って、二次的な頭部構造が発生した。その際には、Nodeが直接的に作用するのではなく、Nodeから発生したAME (anterior mesendoderm)が、ニワトリ（宿主）胚のAMEと分け合う形で、ニワトリ胚エピブラストの頭部前駆体をその周りに集めて２箇所に頭部構造を作らせることがわかった。【課題２】中枢神経系を成立させる転写因子Sox2の遺伝子のエンハンサーの中で、D1は例外的に広い領域特性をもつ。D1エンハンサーのDNA配列のなかで、Sox因子とPou因子の結合配列を持つコア領域がD1エンハンサーの特異性を決めていた。一方、感覚プラコードのSox2エンハンサーは、Sox-Sall4の転写因子ペアで活性化されていた。Sox2は内胚葉の領域化にもかかわり、内胚葉でSox2遺伝子を失活させたマウス胚では、食道の上皮・間充織のいずれもが、気管に変化した。【課題３】Zic 転写因子群は、転写因子Gata4などを介して、心臓の前駆体の成立を制御していた。Zic 因子の異所発現によって心臓の形成が抑制された。【課題４】初期胚ではNodeと原条は転写因子FoxA2の発現で特徴付けられる。FoxA2とともにGFPを発現するエピブラスト幹細胞株を３次元培養するとともにシグナル因子を操作して、GFPを発現する（Nodeあるいは原条の）細胞集団を得ることができるようになった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
４つの研究課題のそれぞれについて、研究が着実に進捗した。特に【課題１】の研究成果は大きい。【課題１】の研究成果によって、これまで古典的なオーガナイザーと見なされてきたNodeの発生過程への関与の仕方についての見解に大きな修正を求めることになった。Nodeの移植位置によって効果が大きく異なること、NodeそのものではなくAMEが作用のもとであること、NodeやAMEが頭部前駆体を新たに生成させているのではなく、それらの異所移植は単に新たな細胞集合場所を作っているに過ぎないことが明らかになった。【課題２】については、内胚葉の領域化にSox2が重要で、Sox2が内胚葉に「食道」という性質を与えていることが明らかになった。さらにSox2の活性を失った食道の上皮が気管化するだけでなく、上皮とともにそれを取り巻く間充織もまた気管の性質に変わることが示された。このこともまた、「上皮の性質は周囲の間充織が決める」という一般的な見解に修正を求めるものである。神経系の成立のプロセスでは、最初頭部(N2エンハンサーによる)と体幹部(N1エンハンサーによる)に分けてSox2遺伝子が活性化されるが、それに続いてエンハンサーD1が活性化される。D1がSoxとPou因子を結合して活性化されると考えられることから、両因子の相互作用が中枢神経系前駆体細胞の一般的な性質の基盤となっていると予想される。【課題３】の研究から、Zic因子がもつ心臓前駆外の抑制機能が明らかになった。Zic因子群の作用については、条件的ノックアウトマウス胚の活用も準備しているが、遺伝子間の機能重複を克服する３重変異体を作製するまでには交配のステップが多く、ようやく多重ノックアウト胚が得られるようになった。【課題４】の研究成果によって、培養条件下で、Nodeや原条の細胞をエピブラスト幹細胞から発生させることができるようになった。
|
| Strategy for Future Research Activity |
【課題１】Nodeから発生したAMEが、その周りに頭部前駆体である前部エピブラストを集合させることが、頭部形成の第１段階であることを、本年度の研究で明らかにした。今後は問題を一歩進めて、どのような因子やシグナルがAMEから出て、前部エピブラストを集合させるのかを研究する。また、頭部前駆体となるエピブラスト領域はOtx2の発現領域とほぼ一致しているので、転写因子Otx2が持つ制御機構についても研究をすすめる。【課題２】内胚葉の領域化に関わるSox2の作用については、消化管上皮（内胚葉）でのSox2の機能が、どのようなプロセスを経て間充織の性質を決めるのかについても見通しを得たい。N2,N1エンハンサーの活性化からD1エンハンサーの活性化へと発生を進めるプロセスについては、エピブラスト幹細胞から神経幹細胞への、in vitroでの発生の進行の過程と対比して解析したい。また、エピブラスト幹細胞から樹立した神経幹細胞株を用いて、神経系の領域化の機構にも迫りたい。【課題３】Zic遺伝子群の多重条件的ノックアウト胚での体細胞系列の発生の状況（バイアス）を解析する研究を進めたい。【課題４】培養条件下で、Nodeや原条の細胞をFoxA2-GFPを共発現するエピブラスト幹細胞から発生させることができるようになった。Cell sorterを用いてこれらの細胞を単離・純化して、これらの細胞の性質を調べたい。
|
