2021 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanisms of embryonic (animal-vegetal and left-right) axes determination during oogenesis and embryogenesis
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19H03234
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
西田 宏記 大阪大学, 大学院理学研究科, 教授 (60192689)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
今井 薫 (佐藤薫) 大阪大学, 大学院理学研究科, 准教授 (00447921)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 胚発生 / ホヤ / オタマボヤ / 胚軸 / 動物植物軸 / 左右非対称性 / 卵形成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
動物の胚発生における初期の重要な過程として胚軸の決定がある。胚軸には３種類あり、動植軸 (卵の上と下)、それに直交する軸 (カエルなどでは背腹軸、ホヤでは前後軸と呼ばれる。歴史的な理由で呼び方は異なれど同じもの)と、左右軸 (上記の二つの軸に依存して決定されるが、ここでは左右非対称な体の形態形成をもたらす左右軸ベクトルの向きのことをいう)が、3Dの体を作るための軸として設定される。
全ての動物の未受精卵は動植軸を持っている。そして、この軸に沿って三胚葉が配置され原腸陥入へと進行する。動植軸の決定機構は重要であるが、未受精卵に既に動植軸が存在しているために研究しにくいこともあり、研究が少ない。本研究では、ホヤの卵成熟過程とオタマボヤの卵形成過程で起こる動植軸の決定機構を探っている。
左右軸決定に関しては、脊椎動物では、繊毛が関与している場合が多い。脊索動物門に属するホヤにおいても繊毛が重要な働きをしているが、繊毛が関与する左右非対称決定機構は脊椎動物とは異なっている。特にホヤにおいては、神経胚回転が左右非対称形成に関して重要な役割を果たすことをこれまでに示してきた。本研究ではホヤとオタマボヤを用いて、左右非対称性の決定機構を探っている。動植と左右の胚軸決定機構を明らかにすることでホヤと脊椎動物を含む脊索動物門に関して、胚軸決定機構の比較が可能になり、脊索動物門の進化についても、推測することが可能になる。
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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
これまでの研究により、３つの母性mRNAが未受精卵の植物極側に既に局在しており、8細胞期で植物半球後方割球に受け継がれていることがわかった。これらの母性局在mRNAをPLT1~3と名付けた。そこで、これらのmRNAが未受精卵に運ばれ局在していく過程を観察した。卵形成過程を5つのステージに分けて組織切片を作成した。オタマボヤの卵巣は多核体であり、卵形成が進むにつれて、哺育核の遺伝子発現によって作られた卵巣細胞質が卵母細胞のring canalを通って卵内へと流れ込んでいき、卵母細胞が大きくなっていくと予想されていた。３つの局在母性mRNAは、卵形成の初期段階で卵母細胞の核ではなく保育核によって転写され、卵巣細胞質に拡散し、ring canalを通って卵母細胞に輸送され、一旦、卵母細胞内に均一に分布し、卵形成の後期に植物極の近くに局在することがわかった。
マボヤの左右非対称性は、神経胚回転により生じる。神経胚回転とは、神経胚が前後軸を中心に反時計回りに回転し、胚の左側を下向きにして停止する現象を指す。その後、卵膜と接する胚の左側の表皮でのみnodal遺伝子が発現する。神経胚回転は表皮に生えている繊毛運動がdriving forceとなっている。このことから、表皮には何らかの平面内細胞極性 (PCP) の存在が推察される。マボヤ胚においてPCPタンパク質 Pk (Prickle)、Invs (Inversin)、Vangl2 (Van gogh-like 2)をノックダウンする実験を行った結果、それぞれの胚では神経胚回転が異常になった。また、Pkノックダウン胚では繊毛の向きがランダムになっていることも明らかになった。さらに、神経胚表皮の細胞内におけるPkタンパク質の局在を観察した結果、予想に反して細胞の側方に片寄っているのではなく、細胞の前側の膜に局在している様子が観察された。
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| Strategy for Future Research Activity |
１．オタマボヤの動植軸：多くの動物胚で、植物半球の割球でのみベータカテニンが核内移行し、その核内移行が植物半球特異的遺伝子発現に必要である。これまでの研究により、ベータカテニンにビーナス蛍光タンパク質を融合して、オタマボヤの卵巣に注入すると卵形成過程で翻訳され、未受精卵内のベータカテニンを蛍光で可視化できることがわかった。この方法を使って、タイムラプス撮影を行い、胚発生初期のベータカテニンの核移行を可視化し定量することを試みる。
２．ホヤの左右軸： 前述のようにマボヤの左右非対称性は、神経胚回転により生じる。胚の左側を下向きにして回転が停止した後、卵膜と接する胚の左側の表皮でのみnodal遺伝子が発現する。これには、卵膜からの何らかの化学シグナルが関わっていることがわかっている。卵膜からのシグナル分子の同定は、その候補を数十個にまで絞ったが、最終的な同定には困難が生じている。そこで、この問題を別の角度から攻めるために、nodal遺伝子の左側特異的な発現制御領域の解析を進める。予備的結果として、nodal遺伝子の第一イントロンが重要である可能性が浮かび上がっている。
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Research Products
(9 results)
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[Presentation] Transcriptomes of the fast-evolving chordate, Oikopleura dioica, uncover drastic difference in transcription factor and post-plasmic RNA composition that is expressed in early embryos from those of ascidians2022
Author(s)
Kai Wang, Ritsuko Suyama, Nakako Mizutani, Masaki Matsuo, Yu Peng, Masahide Seki, Yutaka Suzuki, Nicholas M. Luscombe, Christelle Dantec, Patrick Lemaire, Atsushi Toyoda, Hiroki Nishida and Takeshi A. Onuma
Organizer
11th International Tunicate Meeting
Int'l Joint Research
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