2019 Fiscal Year Annual Research Report

複雑ネットワークの視点からの新規細胞タイプの進化

Research Project

Project/Area Number	18H04004
Research Institution	University of Tsukuba
Principal Investigator	和田洋筑波大学, 生命環境系, 教授 (60303806)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	矢田哲士九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 教授 (10322728) 川島武士国立遺伝学研究所, 情報研究系, 助教 (10378531) 市瀬夏洋京都大学, 情報学研究科, 助教 (70302750)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2023-03-31
Keywords	遺伝子ネットワーク / 進化
Outline of Annual Research Achievements	生物の進化における新規細胞タイプの創成が、遺伝子ネットワークの準安定化状態が安定化することによってもたらされるという仮説を検証することを目的に研究を進めている。その一貫として、棘皮動物の発生で出現する「異常」な細胞が、準安定化状態として記述できるかを調べてきた。これまでに、バフンウニに対して、Hspの機能を阻害する薬剤処理を行うと、異常な細胞が再現性高く形成されることが分かった。さらに、トランスクリプトーム解析を進めていくことで、この異常細胞での遺伝子発現パターンを調べ、in silico解析で導かれる準安定状態との対応を検討する。また、遺伝子発現制御ネットワークの変更による進化の実例としての、ウニの幼生骨片の進化に関する解析も進めた。祖先型の発生プロセスを維持していると予想されるヒトデにおいて、成体の骨片の形成機構を解析し、骨片形成のネットワークが、摂餌に依存したTOR経路に関連した制御機構の下流から、初期発生で中内胚葉で活性化されるphb/Pmarの下流へとコオプションされることで、ウニの系統で幼生骨片が獲得されたことを明らかにした。さらに、遺伝子制御ネットワークの柔軟性が新規細胞タイプの進化に結びついたことを実験的に検証するために、自然集団での遺伝子制御ネットワークの個体間変異の検出を目指した。そのために、バフンウニを用いて２時間ごとのトランスクリプトーム解析を行い、親個体に対応した変異が見られるか、検証した。現在、RNA-seqの結果を得ているので、その解析を進めている。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 数理解析を進める分担研究者との間で密な研究打ち合わせを行うことで、研究の展開法を柔軟にアレンジしていくことで、新規細胞タイプの進化に関して新しい知見が得られている。当初ATAC-seqの解析による遺伝子ネットワークの柔軟性の検出を計画していたが、すでに別の研究グループから質の高い研究成果が報告されたので、比較トランスクリプトーム解析からの柔軟性の検出に方針を変更することとした。
Strategy for Future Research Activity	数理解析の研究を行う分担者との間での研究打ち合わせを密に行うことで、有機的に研究成果を結びつけて、オリジナリティーの高い研究成果を挙げていく。特に実験的に得られてくるトランスクリプトーム解析の成果を共有して多角的に解析することで、新たな知見の抽出を進める。