2020 Fiscal Year Research-status Report

ペプチド作動性神経系に共通する分子シグネチャーに基づく祖先的神経細胞の再構築

Research Project

Project/Area Number	20K06662
Research Institution	Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University
Principal Investigator	渡邉寛沖縄科学技術大学院大学, 進化神経生物学ユニット, 准教授 (80356261)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	早川英介沖縄科学技術大学院大学, 進化神経生物学ユニット, 研究員 (20739809) 稲葉一男筑波大学, 生命環境系, 教授 (80221779)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	神経細胞の獲得 / ペプチド / ペプチド作動性神経 / 神経ペプチド発現
Outline of Annual Research Achievements	神経細胞の獲得は動物の進化における大きなイベントの一つであるが、神経細胞が進化の初期にどのようなプロセスで獲得されたのかは不明である。申請者らは独自の手法による高感度ニューロペプチドミクスを進めてきた結果、最も初期に分岐した動物系統などから神経特異的に発現するペプチドを多数同定し、ペプチド作動性神経系が予想外の古い進化的起源を有することを見出した。左右相称動物の神経伝達物質レパートリーから神経細胞の起源に迫る試みが困難を迎える中で、神経ペプチドを指標にした新たなアプローチの有効性が見えてきている。本計画では、高感度ニューロペプチドミクスを原始的な動物系統に横断的に展開すると同時に、in silico及び実験的検証を通して、神経ペプチド発現細胞の細胞生理学的・遺伝学的な特性の相同性を検証し、神経細胞の初期進化過程を明らかにすることを目指す。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究では、原始後生動物の神経ペプチドを同定し、それを用いてペプチド作動性神経系の特徴を遺伝子レベルで明らかにすることを第一の目的としている。現在までに、原始後生動物モデルであるネマトステラ(刺胞動物)、センモウヒラムシ(平板動物)、カブトクラゲ (有櫛動物)、カワカイメン(海綿動物)を対象にして、超高感度質量分析装置とインフォマティクスの連携によるによる神経ペプチドの網羅的同定を行ってきた。現在までに、アミド化された短鎖ペプチドがクシクラゲから多数同定されている、そこでまず、これらのペプチドに対する抗体を作成し、クラゲムシやカブトクラゲ幼生に対して免疫染色を行った結果、これらが神経ペプチドであることを確認した。そこで次に、ゲノムが公開されているクシクラゲの近縁種であるMnemiopsisのホモログを特定し、さらにその単一細胞トランスクリプトーム（SCT）のデータを用いて、これらの神経ペプチド遺伝子を発現している細胞を特定した。その結果、従来では未同定とされた細胞クラスターがペプチド作動性神経細胞であることも見出した。これらの知見は、クシクラゲ類においてペプチド作動性の神経細胞が実際に存在している最初の実験的な証拠を提供するだけでなく、最も初期に分岐した動物の神経細胞の性質を理解するための強力なツールとなることを示している。以上のように、本年度は計画していた研究計画が順調に進行しており、期待した研究成果を得ることができている。よって本研究課題は現在までのところおおむね順調に進展していると評価した。
Strategy for Future Research Activity	本年度に得られた以上の知見から、クシクラゲ類におけるペプチド作動性神経細胞の存在が明らかとなった。そこで今後は、カイメンなどの他の原始後生動物におけるペプチドミクスを進めると同時に、クシクラゲのペプチド作動性神経細胞の生理機能の解析も進める。またこの細胞群の機能特性も遺伝子レベルで明らかにする。具体的には、MnemiopsisのSCTデータを利用し、この神経ペプチド遺伝子を発現する神経細胞クラスターの遺伝学的特性を明らかにしていく。ペプチド作動性神経細胞として必須の遺伝子群（各種ペプチドプロセシング酵素群や小胞輸送・分泌関連タンパク質、特異的転写因子など）の発現プロファイルを解析し、さらに高等動物のそれと比較する作業を通して、クシクラゲと他の動物のペプチド作動性神経細胞における共通の遺伝子シグネチャーを明らかにすると同時に、最も祖先的な神経細胞の特性を明らかにする。現在までのところ、Mnemiopsisなどのクシクラゲのゲノム情報はおよびSCTデータは、クシクラゲ類の神経細胞の性質を明らかにできておらず、クシクラゲの神経系が他の系統群(刺胞動物と左右相称動物)の神経系とは異なる進化的起源に由来するという仮説が提唱されている。本年度の解析は、実験的に検証された最も信頼できる神経ペプチドを手掛かりとして、ペプチド作動性神経細胞に焦点を当てることでこの仮説の検証を進める。
Causes of Carryover	実験は順調に進んでいるが、新たに見出したペプチドに対する抗体の作成が今年度では達成できなかった。次年度では抗体の作成、継続してカブトクラゲを飼育するための飼料と人工海水の購入、その他実験に使用する試薬、研究資材の購入、国内・海外の学会での成果報告のための参加費用としての使用を見込んでいる。また、オープンアクセスのある国際誌への論文投稿も今年度で予定している。