2022 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，細胞系譜について解明が進んできたが，依然，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研究を行い，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している。当該年度の研究では，以下の進捗があった。
① 再生応答をトリガーする傷シグナルの性質と実体：前年度までの研究で，トランスジェニックアッセイによる再生応答エンハンサーの探索と解析を進め，E-box，AP-1転写因子結合モチーフの組み合わせ再生エンハンサーの実体であることを明らかにした。これを更に進め，E-box，AP-1上流のシグナルメカニズムについて解明を進めた。
② 間葉細胞の由来，多様性，分化多能性，恒常性維持：様々の組織で主要な部分を占める間葉細胞は，ヘテロな細胞の集団なのかどうか，再生にどのように寄与するのかなどはわかっていない。Sox9 Cre系統を確立し，体節由来の間葉細胞の細胞系譜の解析を行う系を確立した。系譜解析により，体節においてすでに，非骨芽細胞系譜と骨芽細胞を生み出す系譜が分かれることを解明した。
③ 位置情報の正体と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い。私達は，以前の移植実験から，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，この情報は長期に安定で変化しないこと，1つの鰭条の中に均一に存在することを示した。RNAシーケンス解析から同定した，長い短い鰭条部域で，発現の異なる遺伝子を同定した。本年度は，これらの遺伝子機能を検証するため，熱誘導プロモーター下で発現させるトランスジェニックを作製した。
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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
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ほとんどわかっていない。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。これまでの期間で，傷害に応答して転写を活性化する再生応答エンハンサーを同定することに成功し，トランスジェニックアッセイなどによる解析を進め，E-box，AP-1転写因子結合モチーフの組み合わせが再生エンハンサーの実体であることを明らかにした。今年度は，傷害によって生じるどの様なシグナルが転写因子へと繋がるのかについて解明を進め，AP-1，E-box上流で，それぞれJNK，TCF/βカテニンの活性化がエンハンサー活性化に必要であることを示した。
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，その細胞子孫の細胞系譜解析を行うことを目指す。Sox9 Cre系統を用い，体節由来の間葉細胞の細胞系譜の解析を行った。系譜解析により，体節においてすでに，非骨芽細胞系譜と骨芽細胞を生み出す系譜が分かれることを解明した。
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）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，切断された位置の間葉細胞のもつ位置情報で決まること，さらに，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の探索を行った。今年度は，これらの遺伝子機能を検証するため，熱誘導で強制発現するトランスジェニックを作製した。
以上，研究は概ね順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
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，包括的に研究を進めている。
今後の研究においては，
① 再生応答をトリガーする傷シグナルの性質と実体： 私達が同定した再生エンハンサーが，ヒレの再生だけでなく，心筋の再生や，両生類アフリカツメガエルの幼生四肢の再生においてもエンハンサーとして働くことを検証する。
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： これら非骨芽系譜と骨芽系譜が再生過程を経て，異なった系列の細胞へ分化転換するかどうかについて解析を行う。
③ 位置情報の正体や形態再生のメカニズム： 長さの位置情報の性質について，熱誘導で長い短い鰭条で長さの違いを生み出すと考えられる候補遺伝子の強制発現トランスジェニックの解析を進める。さらに，再生芽細胞の数と増殖速度がどのように長さの違いに寄与するか検証を行う。
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