2020 Fiscal Year Research-status Report
細胞運命決定のタイミングを制御する分子タイマーの実体と時間制御機構
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18K06254
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
下條 博美 大阪大学, 生命機能研究科, 助教 (40512306)
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2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 細胞分化 / 神経発生 / 神経幹細胞 / 遺伝子発現動態 / ライブイメージング / 光遺伝学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
神経発生過程は神経幹細胞増殖期、ニューロン産生期、グリア細胞産生期の順に起こる。正確な神経発生の進行には、各時期の移行のタイミング制御が重要であるが、その分子機構については不明な点が多い。Hes1はプロニューラル遺伝子Neurogenin2 (Neurog2)の発現を抑制することによって、神経幹細胞の未分化性維持に重要な機能をはたしている。私たちはこれまでに、Hes1の発現が神経幹細胞で振動し下流遺伝子Neurog2もHes1の周期的な抑制を受けることによって発現振動することを明らかにした。一方、ニューロン分化時にはHes1の発現が低下し、それに伴ってNeurog2が持続発現した。つまりNeurog2は発現振動するときには幹細胞を未分化に維持するが、持続発現するようになるとニューロン分化を引き起こし、Neurog2の発現動態の切り替わりが細胞分化のタイミングを制御している可能性が示唆された。Neurog2の発現動態の切り替わりのためには、Hes1の発現低下が重要であるが、その発現低下が引き起こされる機序は不明であった。
本研究ではNeurog2の下流遺伝子Tbr2の発現動態に着目した。リアルタイムイメージングを用いてTbr2の発現を調べると、神経幹細胞の分散培養および胎子脳のスライスカルチャーにおいて、Tbr2の発現はNeurog2の発現振動に伴って徐々に蓄積していた。さらにTbr2はHes1のプロモーターを抑制することが明らかとなり、光遺伝学を用いてTbr2を誘導するとHes1の発現が神経幹細胞で低下し、神経分化を引き起こすことが明らかとなった。さらに、Tbr2の神経分化のタイミング制御における機能を明らかにするために、Tbr2変異マウスの脳を調べると、神経幹細胞においてHes1の発現が持続し、幹細胞からニューロン分化へのタイミングが遅延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
神経幹細胞からニューロン分化のタイミング制御におけるTbr2の機能を明らかにするために、Tbr2の発現動態とTbr2変異マウスの解析を行った。まずNeurog2とTbr2の発現動態の相関を調べるために、Neurog2レポーターマウスとTbr2レポーターマウスをかけあわせ、神経幹細胞を回収しレポーターの発現を可視化した結果、Neurog2の発現振動に伴ってTbr2タンパク質の発現が徐々に蓄積することを明らかにした。さらに胎子脳にNeurog2とTbr2のレポーターをエレクトロポレーションによって導入し、スライスカルチャーを用いてその発現解析を行うと、分散培養と同様に神経幹細胞においてNeurog2のパルス状の発現に伴ってTbr2タンパク質の発現が徐々に蓄積していくことが明らかとなった。さらに、光遺伝学を用いて神経幹細胞においてNeurog2を振動発現させると、Tbr2の発現が徐々に蓄積していくことが明らかとなった。次に、Tbr2とHes1の発現の相関を調べるためにTbr2のレポーターマウスとHes1レポーターマウスを掛け合わせ、神経幹細胞の分散培養を行い、それぞれのレポーターの発現を調べるとTbr2が蓄積するのに伴ってHes1の発現が徐々に低下した。スライスカルチャーにおいてもTbr2とHes1レポーターの発現を調べると、Tbr2の発現とHes1の発現が負の相関を示すことが明らかとなった。また、培養細胞においてTbr2の発現を光誘導すると、Hes1の発現がTbr2の蓄積に伴って低下することも示された。
さらに、Tbr2変異マウスにおける神経発生過程を解析すると、神経幹細胞においてHes1の発現が上昇し、幹細胞からニューロンへの分化の遅延が起こることが明らかとなり、Hes1-Neurog2-Tbr2経路のダイナミクスによって神経分化のタイミングが制御されていることが考えられた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに解析された結果をもとに学術論文へまとめ、投稿準備中である。
さらに、Neurog2は発現振動するときは神経幹細胞を未分化に維持するのにのに対して、持続発現するとニューロン分化を引き起こすように、発現動態を変えることによって、導かれる細胞運命を変化させている。そこで、Neurog2の異なる発現動態によって制御される下流遺伝子群の違いや、エピゲノム動態の違いを明らかにする。Neurog2が異なる発現動態を示す時期の神経幹細胞を胎子脳から回収し、各時期におけるNeurog2の結合領域や誘導される下流遺伝子群を明らかにする。それぞれの時期の神経幹細胞の回収については終了しており、次世代シーケンス解析予定である。また、神経幹細胞の培養系において、光遺伝学を用いてNeurog2を様々な動態で発現誘導し、異なる発現動態によって誘導される下流遺伝子群の違いや、エピゲノム動態の違いを明らかにする。上流因子の異なる発現動態によって反応する遺伝子群の違いを明らかにすることによって、同一遺伝子の動態の違いによって制御される遺伝子発現制御機構、運命決定機構を明らかにすることを目指す。
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| Causes of Carryover |
概ね順調に研究が進行し、経費を抑えることができた。
次年度はこの経費を生かして、次世代シーケンス解析（消耗品購入費、受託解析費）として使用する予定である。
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