2019 Fiscal Year Research-status Report

Gradients of energy metabolism: A novel player involved on the vertebrate embryo patterning

Research Project

Project/Area Number	19K06673
Research Institution	Gunma University
Principal Investigator	荻沼政之群馬大学, 生体調節研究所, 助教 (50825966)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	エネルギー代謝 / ターコイズキリフィッシュ / 胚発生 / ゼブラフィッシュ
Outline of Annual Research Achievements	近年、エネルギー代謝経路が細胞のエネルギー制御に留まらず、種々のシグナル経路、エピジェネティクス因子の機能・活性を制御することで複雑な生命現象を制御することが明らかになった。しかし、多くの代謝研究は癌等の病理学の観点から進められており、胚発生時における代謝の動態、機能はほとんど明らかになっていない。申請者は自身の過去の研究結果から、「エネルギー代謝経路が勾配を形成し「モルフォジェン」同様に組織パターン形成因子として働く」という仮説を考えた。本研究では、エネルギー代謝経路を個体レベルで可視化・定量できるシステムを構築し、その役割を解析することでこの仮説を検証し、発生研究・栄養代謝研究の新概念構築を目指している。当該年度では、エネルギー代謝経路の代謝物であるATP、NAD+、pHを可視化するレポーターラインの作成を完了し、ゼブラフィッシュ胚における代謝パターンを調べた結果、前後軸に沿った勾配勾配パターンを発見した。さらに、エネルギー代謝経路を制御すると考えられるオートファジー経路をMOによって抑制したゼブラフィッシュ胚を作成した結果、胚の前後極性が異常になることを発見した。つまり、エネルギー代謝勾配はゼブラフィッシュ胚の前後パターンを制御する主要因子であることが分かった。現在、エネルギー代謝勾配による組織パターン形成機構が、初期胚だけでなく他の組織、器官形成過程においても普遍的に働くかどうか検討している。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason <計画1>エネルギー代謝勾配の形成機構の解明エネルギー代謝経路の代謝物であるATP、NAD+、pHを可視化するレポーターラインの作成し、ゼブラフィッシュ胚における代謝パターンを調べた結果、前後軸に沿った勾配パターンを発見した。 <計画2＞エネルギー代謝勾配による位置情報決定機構の解明エネルギー代謝経路を制御すると考えられるオートファジー経路をMOによって抑制したゼブラフィッシュ胚を作成した結果、胚の前後極性が異常になることを発見した。つまり、エネルギー代謝勾配はゼブラフィッシュ胚の前後パターンを制御すると考えれる。
Strategy for Future Research Activity	<計画1>エネルギー代謝勾配の形成機構の解明当該研究で作成したエネルギー代謝レポーターラインを用いて、初期胚だけでなくエネルギー代謝勾配を作成する組織、器官を探る。 <計画2＞エネルギー代謝勾配による位置情報決定機構の解明エネルギー代謝勾配を作成する組織、器官に対して、CRISPR/CAS9法などを駆使しエネルギー代謝経路を、抑制及び活性化したゼブラフィッシュ胚を作成し組織、器官形成過程にどのような役割を示すかどうか検討する。
Causes of Carryover	当該年度ではレポーターフィッシュの作成を中心に行なった結果、既存の試薬を用いて研究を遂行することができた。次年度はレポーターフィッシュを用いた解析が主であり、必要な試薬が多数存在するため。