2017 Fiscal Year Research-status Report
脳はどこから来てどこへ行くのか；終脳発生機構の進化的変遷
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17K07059
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
村上 安則 愛媛大学, 理工学研究科(理学系), 准教授 (50342861)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 進化 / 脳 / 脊椎動物 / 発生 / 遺伝子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、終脳をはじめとする様々な脳領域に注目し、その進化的変遷を分子発生学的な視点から明らかにすることを目的とする。平成29年度は、四肢の運動に関わる神経発生機構の変遷について、マウス（哺乳類）、ニワトリ（鳥類）、スッポン（主竜類の姉妹群）、ソメワケササクレヤモリ（鱗竜類）を用いて、神経ガイドに関わるSema3Aの発現を解析した結果、系統ごとに大きな違いがあり、それが神経形態の違いと良く対応していることを見いだした。さらに、Sema3Aが軟骨形成細胞で発現することを明らかにし、軟骨細胞の位置の変化、すなわち骨格系の変化がSema3Aを介して神経系の形態とリンクしている可能性を示した。この研究はDevelopment Growth and Differentiation誌に投稿し受理された。また、小脳の進化についても連携研究者の菅原と解析を進め、小脳発生機構の起源が脊椎動物の共通祖先の段階にまで遡る可能性を示した。脳の最高中枢である終脳については、理化学研究所ならびに連携研究者らと共同で円口類のヤツメウナギと軟骨魚類のサメ、条鰭類のナマズ、鱗竜類のソメワケササクレヤモリとコーンスネークから終脳形成遺伝子の情報抽出を行った。その情報を用いて上記の動物胚で転写調節因子（Pax6, Emx1/2/3, CoupTF1, Sp8）や神経回路形成因子（Sema3A, Slit2, Robo2, ephrin等）の発現解析を進めている。魚類ではシグナル分子（FGF, SHH, BMP, WNT）の阻害剤を用いた機能解析を行い、円口類と軟骨魚類の系統で終脳形成機構に大きな違いがあることを見いだした。また、条鰭類では系統特異的な改変がなされている可能性を示した。これらについては今年度以降にゲノム編集による機能解析を試み、さらなる研究を進める。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の研究計画に記載したとおりに研究が進んでいる。それに加え、四肢を制御する神経系の進化について、軟骨形成細胞との関連から「軟骨原基細胞に神経ガイド因子Sema3Aが発現しているため、その細胞の発生パターンが変われば神経系の形態が変わる」という仮説を提唱できたのは予想外の成果であった。終脳の各発生段階から脳に発現する遺伝子を網羅する情報を得る研究は当初の予定とは異なる方法で進めているが、終脳の発生や回路形成に重要な役割を担う遺伝子の単離には成功しており、それらの発現解析と機能解析が進められているので、「終脳領域の発生過程の解析と脳の多様化に関わる遺伝子の同定」という目的は達成されている。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究計画の通り、「終脳の起源と多様化に関わる分子基盤」を明らかにするため、平成30年度はゲノム編集技術や阻害剤を用いる実験を行い、ヤツメウナギをはじめとする種々の脊椎動物の転写因子・シグナル分子の機能解析を進める。祖先形質関連遺伝子については、平成29年度の研究から幾つかの候補を洗い出すことに成功しているので、それらについての解析を進める。多様化関連遺伝子についても、終脳が特殊化している条鰭類で他の脊椎動物とは異なる発現をする遺伝子（例としてPax6）を見いだしているので、それらについて更なる解析を進める。
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| Causes of Carryover |
研究計画では、平成29年度から平成30年度にかけて、脳形成に関わる遺伝子の単離と機能解析を行うことになっており、平成29年度に予想より多くの遺伝子が得られたため、それらの一部は平成29年度末から平成30年度初頭にかけて解析を行う事にした。そのため、それに必要な試薬、酵素の購入のために平成29年度の予算の一部を充てる。
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Research Products
(11 results)
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[Journal Article] Egg structure and outline of embryonic development of the basal mantodean, Metallyticus splendidus Westwood, 1835 (Insecta, Mantodea, Metallyticidae).2018
Author(s)
Fukui M, Fujita M, Tomizuka S, Mashimo Y, Shimizu S, Lee CY, Murakami Y, Machida R.
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Journal Title
Arthropod Struct Dev.
Volume: 47(1)
Pages: 64-73
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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