2019 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis of left-right asymmetric nuclear migration as a novel cue for laterality formation
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18H02450
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
松野 健治 大阪大学, 理学研究科, 教授 (60318227)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 発生・分化 / 組織・形態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
からだの左右非対称性が形成される機構は、進化的に多様で、無脊椎動物においてはよく理解されていない。ショウジョウバエの左右非対称性形成機構は、胚の前半部と後半部で異なるというユニークな特徴をもつが、前半部の左右非対称性形成機構についてはほとんど理解されていなかった。これまでの研究から、胚前半部の左右非対称性形成が、中腸内臓筋の核の左右非対称な移動から始まることをみいだしている。さらに、核移動の左右極性化は、中腸内臓筋細胞での非古典的Wntシグナルの活性化、核膜アンカータンパク質などに依存して起こることが示唆された。この細胞では何らかの左右極性化が起こっていると考えられるが、その実態は不明である。そこで、本研究では、核移動の左右極性化に必要な遺伝子、細胞内分布に左右極性を示す因子の同定などによって、核移動の左右極性化による左右非対称性の形成機構を分子レベルで理解することを目的とする。この目的を達成するために、IとIIの実験を実施する。令和元年度には、それぞれ以下の成果を得た。
（I）中腸環状筋細胞の左右極性化機構の解明
遺伝的スクリーニングを用いた核移動の左右極性化で機能する遺伝子の探索、同定 胚前半部の左右非対称性をランダム化するnarigoma突然変異体のゲノムの異常が、10kbpのDNA断片の挿入によることを明らかにした。野生型では、この領域にエンハンサーが存在し、その機能がこのDNA断片の挿入によって損なわれることで、左右非対称性のランダム化が起こるとを示唆することができた。
（II）左右非対称な核移動の機構の解明
内臓筋組織で核が移動する際、核は密集した集団として挙動することを明らかにした。核の密集はWntシグナルに依存して起こることがわかった。
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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
令和元度の研究では、以下のような成果が得られており、研究の進捗状況はほぼ予定通りである。
（I）中腸環状筋細胞の左右極性化機構の解明
研究代表者は、全ゲノム遺伝子をほぼ網羅をした、胚消化管の左右非対称性に異常を示す突然変異体のスクリーニングを完了している。前半部消化管の左右非対称性がランダム化する突然変異のうち、narigoma遺伝子の遺伝子座を、全ゲノム配列解析と、CRISPR-Cas9によるゲノム編集で作出した染色体欠失を用いて特定した。その結果、narigoma突然変異の原因は、非コード領域に約10kbpのDNA断片が挿入されたことによって起こっていた。このDNA断片は、反復配列を含む、染色体の他の部分に由来した。野生型ゲノムでは、このDNA断片挿入位置の周辺領域にエンハンサーが存在し、その機能が挿入によって破壊されていると予測された。
（II）左右非対称な核移動の機構の解明
中腸内臓筋組織で核が移動する際、核は、内臓筋組織において、胚の前後軸に沿った帯状の領域に密集して存在することを明らかにした。ライブイメージングによる解析の結果、核は、集団内において相対的位置を変えながら密に集合して移動してた。核の密集はWntシグナルに依存して起こることがわかった。
これまでの研究から、KASHやMyosinIIをコードする突然変異体では、前半部消化管の左右非対称性がランダム化することがわかっていた。ライブイメージング解析によって、これらの突然変異体では、中腸内臓筋組織で核が密集する帯の位置が、右側特異的に正中線方向にずれることを明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
（I）中腸環状筋細胞の左右極性化機構の解明
令和元度までの研究で、前半部消化管の左右非対称性がランダム化するnarigoma突然変異の原因が、エンハンサー領域への10kbpDNA断片の挿入によることが示唆された。そこで、このDNA断片の挿入位置の周辺領域のエンハンサー活性を調べる。具体的には、野生型ゲノムのこの領域（narigomaエンハンサー）を、レポーター遺伝子の上流にクローン化し、これをショウジョウバエに遺伝子導入する。また、このエンハンサーによる転写調整を受けている遺伝子が存在するはずであり、narigoma突然変異では、この遺伝子の発現の低下、上昇によって左右非対称性のランダム化が起こると考えられる。この遺伝子を同定するために、narigomaホモ接合体胚からmRNAを抽出し、RNAseq法を用いて、発現レベルが大きく変化する遺伝子を探索する。これらの遺伝子は、narigomaエンハンサーによる転写制御を受けているはずであり、Hi-C法を用いて、同定した遺伝子とnarigomaエンハンサーの間のクロマチン相互作用を解析する。
（II）左右非対称な核移動の機構の解明
前半部消化管の左右非対称性形成に必須なKASHやMyosinIIをコードする遺伝子の突然変異体では、中腸内臓筋組織での核が密集する帯状領域が、右側特異的に胚正中線方向にずれる。KASHは、核膜と細胞骨格を連結するLINC複合体の構成要素でああり、LICN複合体はアクチン細胞骨格とも結合する。さらに、MyosinIIは、アクチンを収縮させることから、野生型胚の右側内臓筋では、核が体側方向に牽引されていると予測できる。この際、核の牽引は核膜のLINC複合体を介していると考えられる。そこで、LINC複合体の力学センサーを構築し、核膜にかかる左右非対称な機械的力を検出する。
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Research Products
(4 results)
