Developmental regulatory mechanisms of hypobranchial muscles with evolutionary perspectives

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K06683
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 44020:Developmental biology-related
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Kusakabe Rie 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 研究員 (70373298)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ヤツメウナギ / 形態進化 / 骨格筋 / 中胚葉 / 舌筋 / 鰓下筋 / 筋分化

Outline of Final Research Achievements

Vertebrates possess a wide variety of skeletal muscles with highly specialized function and morphology. In the trunk, skeletal muscles develop from somites that undergo active proliferation followed by either an epithelial growth or migration as individual mesenchymal cells. Undifferentiated muscle precursor cells that undergo long-distance migration are specified in the early somites adjacent to the limb/fin buds and the cervical region, but not in the flank. To clarify how these migrating cells are controlled, we compared the expression and function of genes involved in myogenesis, such as Lbx genes, between multiple fish species. Comparison of the tissue structure and the expression of Lbx and other developmental regulatory genes have illustrated the temporal order of differentiation of various muscles in each species. Our analyses provided new insights for cellular and molecular characteristics of associated with the complexity of the vertebrates with hypobranchial muscles.

Free Research Field

進化発生生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまで鰓下筋の発生過程は、顎口類のいくつかのモデル動物（主にマウス、ニワトリ、ゼブラフィッシュ）で研究されてきたが、前方の体節ごとに細胞運命を追ったものがほとんどである。一方で、種ごとに大きく異なる顎顔面形態との関連や、鰓下筋の可塑性・多様性に迫った研究は例がなかった。
本研究では、寄与する鰓下筋のドメインが体節ごとにあらかじめ決まっているという仮定を取り払い、脱上皮化して体節を離れた筋芽細胞のそれぞれが、周辺の非筋組織との相互作用に応じて分化のタイミングを決めている可能性に注目した。得られた結果から、鰓下筋を構成する筋要素が段階的に付け加わり、複雑化したという進化過程が明らかになった。