2019 Fiscal Year Annual Research Report

棘皮動物はなぜ「５」放射相称なのか：ヒトデを用いた至近要因の解明

Research Project

Project/Area Number	19J20566
Research Institution	University of Tsukuba
Principal Investigator	山川隼平筑波大学, 生命環境科学研究科, 特別研究員(DC1)
Project Period (FY)	2019-04-25 – 2022-03-31
Keywords	棘皮動物 / 五放射相称 / ヒトデ
Outline of Annual Research Achievements	棘皮動物は左右相称の祖先から五放射相称の体制を獲得した。進化過程を通し棘皮動物はなぜ他でもなく五放射相称の体制を獲得したのだろうか。本研究ではイトマキヒトデをモデルとして五放射相称性の発生機構を明らかにし、その獲得プロセスの分子基盤の解明を目指す。これまでにヒトデ幼生体内に形成される五放射相称の成体原基に着目し、成体原基のパターン形成へ関与が示唆される候補因子を幾つか絞り込んだ。本研究ではヒトデにおいてゲノム編集技術等を導入することで、以上の因子の五放射形成への関与の検証を試みる。 2019年度は主にイトマキヒトデにおけるゲノム編集技術の一つであるTALENの導入を試みた。特にTALENの導入に当たってVEGFR遺伝子の機能阻害を試みた。VEGFシグナル経路は成体原基形成期のみに発現し、また骨片という明瞭に観察できる形質の形成を制御することが示唆されている。そのため、VEGFRは成体原基形成期におけるTALENの有効性を調べる上で適切な標的遺伝子であると考えた。結果として、VEGFRを標的としたTALEN mRNAを受精卵に顕微注射した場合、その幼生においては骨片形成が抑制されることが分かった。またそれらの幼生からゲノムを抽出および標的サイトのシーケンシングから、標的サイトへのDNA切断を確認できた。切断効率ならびに表現型への影響も高効率に生じており、TALENによる機能解析が成体原基形成期に有効であることが分かった。現在、以上のように整備した実験アッセイを用いて当初予定していた候補遺伝子の機能解析を進めている。2020年度以降、これらの遺伝子が実際に五放射相称の形成に関わるのか、またどのようにして五放射相称を生み出しているのか、検証を図る。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 五放射相称の形成期に有効な遺伝子機能解析の導入は本研究を進める上で必須な課題であった。その点、2020年度はTALENの導入に成功し、実際にいくつかの候補因子の機能解析もスタートさせることができた。今後、この成果により候補因子を具体的に絞り込んでいくことができると期待できる。
Strategy for Future Research Activity	今後もこれまでに抽出した候補因子の機能解析を続ける。また、現在のところ、実験的に五放射相称の形成パターンを乱すといった表現型を観察できていない。そのため、五放射相称の形成期のトランスクリプトームデータ等を用いて別の候補因子の抽出も視野に入れている。