2020 Fiscal Year Research-status Report
昆虫クチクラに複数体節をまたぐ「切取り線」を形成するメカニズム
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18K06243
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
小嶋 徹也 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (80262153)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 昆虫 / クチクラ / 切取り線 / 囲蛹殻 / 羽化 / 脱皮 / Notch / Gld |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ショウジョウバエの羽化時に開裂する囲蛹殻の「切取り線」であるoperculum ridge (OR)について、Notchシグナルを中心に解析することで、昆虫に必要なクチクラの「切取り線」をつくる構造的・時間的・空間的なメカニズムの解明を目指している。
OR領域で局在が消失するCuticular protein 11A (Cpr11A)について、Cpr11A遺伝子のプロモーター下でRFP遺伝子が発現する系統を用いてCpr11A遺伝子の発現を調べたところ、遺伝子発現そのものがOR直下の細胞で抑制されていることが明らかとなった。また、Cpr11Aタンパク質と相互作用すると考えられているTubby (Tb)タンパク質の局在のTb-GFP系統を用いた観察により、Cpr11Aとは異なり、Tbタンパク質の局在変化は見られなかった。これらのことから、OR領域でのクチクラ・タンパク質の局在パターン制御の複雑性が示唆された。
NotchシグナルのリガンドであるSerrate (Ser)がOR直下の細胞でのNotchシグナルの活性化に重要であることを見出していたが、Serのプロモーター下でGAL4を発現する系統がつくられたので、この系統を用いてSerの発現パターンを観察したところ、1齢幼虫初期にはOR領域よりも背側で体節毎の緩いストライプ上の発現をしており、それがステージが進むにつれて徐々にORにそった発現パターンに変化することがわかった。さらに、Serのゲノムの一部を持つGAL4系統を用いて解析したところ、前端部のORに沿った発現は他の部分の発現とは異なる制御を受けており、OR形成過程におけるSerの発現制御は、複数の発現制御領域によって実現されていることが示唆された。
また、 Gld活性染色により、コオロギでも「切取り線」でGldが活性化していることが明らかとなった。
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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
2020年度は、クチクラ・タンパク質のうち、Gldでもその局在が制御されていることを前年度までに明らかにしたCpr11Aタンパク質について、タンパク質の局在だけでなく、その遺伝子の発現パターンの解析をすることにより、ORでのクチクラ・タンパク質の特別な局在には、少なくとも遺伝子そのものの発現制御も関与していることが示唆され、ORでのクチクラ・タンパク質の局在パターンの制御機構についての理解を一層深めることがてきた。
コオロギにおけるGldの活性染色により、コオロギの脱皮の際の「切取り線」の形成過程の少なくとも一部は、ショウジョウバエのOR形成過程と共通しており、OR形成メカニズムが進化的に保存されたものである可能性を示唆することができた。
さらに、Serの発現パターンを解析することができるようになり、確かにOR直下の細胞でのNotchシグナルの活性化に密接に関連する発現パターンであることが明らかにできた。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度までの結果を踏まえ、クチクラ・タンパク質の遺伝子の発現制御に関してNotchシグナルおよびGldがどのように関与するのかを明らかにすることで、OR領域での特殊なクチクラ・タンパク質の局在パターンが実現するメカニズムを明らかにする。
また、コオロギの切取り線の構造をキチン染色などで詳細の観察する一方、GldやNotchシグナルで働く遺伝子のRNAiによる機能阻害を行って、それらの遺伝子が実際にコオロギの「切取り線」形成に働くのかどうかを明らかにする。
さらに、Serの発現制御について、時空間的により詳細に観察することによって、その発現の変化とOR形成との係わり、Serの発現を制御するメカニズムを明らかにして、ORを形成する位置を決めるメカニズムに迫りたい。
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| Causes of Carryover |
Cpr11A遺伝子の発現解析から、OR直下の細胞では、遺伝子の発現そのものが抑制されいることが示唆された。この発現制御が実際にNotchシグナルやGldによってどのように行われているのかを解析する必要性が生じた。また、コオロギでも「切取り線」でGldの活性が見られたことから、実際にGldが機能しているのか、さらにはNotchシグナルが働いているのかを調べることが重要となった。さらに、Serの発現パターンも思いのほか複雑であることもわかってきたので、さらに調べる必要性が生じた。
（使用計画）
抗体や染色試薬、ショウジョウバエ形質転換体の作成、ショウジョウバエ系統の取り寄せ、ショウジョウバエ系統の飼育の費用、コオロギの飼育費用、RNAi実験のための費用、さらに、学会参加費用、論文投稿費用に使用する。
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