2020 Fiscal Year Annual Research Report
恒常性破綻から形態再生に至る組織再生プロセスの統合的理解を目指して
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19H03232
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
川上 厚志 東京工業大学, 生命理工学院, 准教授 (00221896)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 組織再生 / 幹細胞 / ゼブラフィッシュ / トランスジェニック / ヒレ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生物は、多細胞体制を長期に維持・再生する能力を持つ。近年，再生過程における様々のシグナルや分子の関与や，再生における細胞の振る舞い，細胞系譜についても解明が進んできたが，依然として，再生プロセスの重要なステップに関して解明が進んでいない。本研究はゼブラフィッシュのヒレをモデルとして，①再生応答をトリガーする傷シグナルの性質と実体，②組織の主要な基盤となる間葉細胞の由来，多様性，分化多能性，恒常性維持における役割，③位置情報の正体や形態再生のメカニズム，の3つの点について研究を行い，これら重要かつ未解明のプロセスの間のリンクを解明することによって，再生過程の統合的な理解を飛躍的に進めることを目標とする。本年度の研究では，以下の進捗があった。
①再生応答のトリガー： 再生応答遺伝子の周辺配列から，高度に保存された配列を同定した。EGFPレポータートランスジェニックを用いたアッセイにより，傷害に応答してEGFPの転写を活性化するエンハンサーエレメントの解析と特定を進めた。
②間葉細胞の由来，多様性，分化多能性，恒常性維持における役割： 組織の大部分を占める間葉細胞の実体については余り理解されていない。本研究では，間葉細胞を発生，成長期から追跡するために，sox9:Creリコンビナーゼトランスジェニックを作製し，間葉細胞系譜の解析を進めている。
③位置情報の正体と形態再生のメカニズム： 私達は，以前の研究で，ゼブラフィッシュの鰭条の長い部域と短い部域を司令する位置情報が存在することを示した。本研究で，位置情報の性質の解析をさらに進め，この位置情報は，繰り返し再生しても保持されること，切断位置の間葉細胞によって決まることを示した。さらに，RNAプロファイリングにより，ヒレの中央部（短い部分）と両端（長い部分）で差次的に発現する遺伝子を探索し，候補となる遺伝子を特定した。
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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
本研究はゼブラフィッシュのヒレをモデルとして， ①再生応答をトリガーする傷シグナルの性質と実体，②組織の主要な基盤となる間葉細胞の由来，多様性，分化多能性，恒常性維持における役割，③位置情報の正体や形態再生のメカニズムについて，研究を進めている。
①再生応答をトリガーする傷シグナルの性質と実体： 組織の恒常性破綻を感知する機構についてはこれまで全くわかっていない。本研究では，傷害に応答した遺伝子の転写活性化メカニズム解析から，トリガーの解明を目指している。傷上皮で発現するfn1bに着目し，他の再生応答遺伝子の周辺配列との比較から，高度に保存された配列を複数同定した。EGFPレポータートランスジェニックの解析により，再生エンハンサーの存在を示した。
②間葉細胞の由来，多様性，分化多能性： 組織の大部分を占める間葉細胞の実体については余り理解されていない。本研究では，間葉細胞を発生期または成長期に遺伝的に標識して，その細胞子孫が骨芽，軟骨芽などの系列の細胞に寄与するか，細胞系譜解析を行うことを目指す。本年度は，発生期の体節や間葉細胞系譜を標識できるsox9a などのCre発現トランスジェニック（Tg）を作製し，細胞系譜の解析を進めている。
③位置情報の正体や形態再生のメカニズム: ゼブラフィッシュ尾部ヒレの，中央部と，背腹の端の部分の長さの違い（長さの位置情報）は，間葉細胞に内在する位置情報によることを以前に示した。本研究では，位置情報の性質の検討をさらに進め，繰り返し再生しても保持される強固な性質を持つこと，移植した組織の大きさや基部-先端位置に依らず切断位置間葉細胞のもつ位置情報で決まることなどを示した。さらに，RNAプロファイリングにより，ヒレの中央部（短い部分）と両端（長い部分）で差次的に発現する遺伝子を同定した。研究は概ね順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究では，それぞれの項目について以下のように推進する計画である。
①再生応答をトリガーする傷シグナルの性質と実体：これまでの研究において，Fn1b遺伝子上流に複数の再生エンハンサー領域を同定した。さらに，これらに共通に含まれる転写因子標的配列を探索し，極めて可能性の高いものを特定した。これらが本当に機能的かどうかを，配列の欠失，変異導入や，転写因子結合配列のレポーターアッセイなどにより検証する。また，転写因子の同定，発現解析，ノックダウンによる機能の検証を進める。
②間葉細胞の由来，多様性，分化多能性：ヒレの鰭条組織の大部分を占める間葉細胞は，発生期の体節に由来することが私達を含む幾つかの研究によって示されている。しかし，間葉細胞のポピュレーションが，いつ，どのように骨芽細胞や軟骨芽細胞へと分化するのかなど，成長過程における分化や組織幹細胞の形成についてはほとんど知見がない。今後の研究では，作製したsox9a Creトランスジェニック系統を用い，間葉細胞を発生期または成長期に遺伝的に標識して，その細胞子孫が骨芽，軟骨芽，その他の系列の細胞に寄与するか，細胞系譜解析を行う。
③位置情報の正体や形態再生のメカニズム: ゼブラフィッシュの尾部ヒレは，中央部の長さは，背腹の端の部分よりも短く，これによって早い遊泳が可能となっている。私達はこれまでの鰭条移植実験から，鰭条の長い部域と短い部域を司令する位置情報が存在すること，それは極めて安定に保持される性質を持つことを示した。これまでに，鰭条の長さ情報の実体を探索した結果，成長制御に関わると考えられる遺伝子Xを特定した。今後は，この分子Xが実際に長さの違いを生み出すかどうかの機能実証の実験を行い，プロモーターのエピジェネティックな状態の解析から，X遺伝子の発現が部域によって異なるメカニズムの解明を目指す。
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