Comparative analysis of GCM2 target gene loci visualizing the conservation and innovation of organ evolution during water to land adaptation

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K07258
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 48010:Anatomy-related
• Research Institution: Jikei University School of Medicine
• Principal Investigator: Okabe Masataka 東京慈恵会医科大学, 医学部, 教授 (10300716)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 副甲状腺 / Gcm2 / ATAC-seq / RNA-seq / パイオニアファクター

Outline of Final Research Achievements

Through this study, we revealed that mouse Gcm2 exhibits different transcriptional activity compared to the zebrafish Gcm2 based on the comparative analysis of Gcm2 among species. Additionally, it was clarified that the difference in transcriptional activation abilities among species depends on the Trans-Activating Domain(TAD) of Gcm2. Structural differences observed in the TAD region create differences in transcriptional activation abilities, which may further lead to the expression of different downstream genes, potentially resulting in morphological differences during development. Furthermore, results from ATAC-seq and RNA-seq strongly suggest that Gcm2 may function as a pioneer factor. Through this study, we uncovered new functions of Gcm2.

Free Research Field

進化発生学、機能形態学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

水中から陸への進化は自然淘汰圧により急速に行われた可能性があり、変異の蓄積による長い時間をかけた変化だけでは説明できない、より短期的かつ大きな変化の存在が必要であると推察していた。本研究では鰓と副甲状腺の発生起源である咽頭嚢でその両者の発生に重要な役割を果たすGCM2を用いて、どのような変化が進化を勧めたのかを検証した。本研究の結果は転写因子そのものの活性が種間で大きく変化していること、またGCM2が非常に多くの遺伝子発現調節に関わっていることを明らかにし、１つの転写因子の変化がかなり大規模にクロマチンの構造を含め変化させる力を持つことが示され、生物進化の新たな可能性を示した。