2022 Fiscal Year Annual Research Report
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20K06713
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| Research Institution | Hirosaki University |
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Principal Investigator |
西野 敦雄 弘前大学, 農学生命科学部, 教授 (50343116)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤原 滋樹 高知大学, 教育研究部自然科学系理工学部門, 教授 (40229068)
藤本 仰一 大阪大学, 大学院理学研究科, 准教授 (60334306)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ペースメーカー細胞 / リズム形成 / 進化 / 脊索動物 / 尾索動物 / 心臓 / 拍動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
心臓は，脊椎動物の生存に不可欠な器官であるが，その進化的起源についてはいまだ不明な点が多い。脊椎動物に最も近縁な無脊椎動物の系統であるホヤ類も心臓をもつが，このホヤ類の心臓は，拍動方向を定期的に反転させるという奇妙な特徴をもつ。
これまで我々は，カタユウレイボヤの心臓において，（1）二つの独立したペースメーカー細胞集団が心臓管の両端５％の領域（P領域とよぶ）に限定的に存在すること，（2）片方のP領域のリズムが他方より速いと，遅い側のリズムは実質的にマスクされること，（3）取り出した鰓側のP領域（PH領域）と臓側のP領域（PV領域）は，互いに異なる“変調リズム”を刻むことを見出した。
我々は本研究において，ホヤ心臓の，特にP領域と非P領域におけるイオンチャネル遺伝子の発現量の際に注目してトランスクリプトーム解析を行った。その結果，あるイオンチャネル遺伝子がPH領域の心筋細胞に限局して発現することを明らかにした。この遺伝子を発現する細胞群は，心臓末端でリング状に存在する神経性の細胞集団に隣接して存在していた。この遺伝子をゲノム編集技術により破壊すると，心臓が形成されなくなることが示された。また，心臓管の極性の確立に関わると期待している因子についてもゲノム編集技術による遺伝子破壊実験を試み，拍動リズムの攪乱を確認した。
さらに我々は，心臓管の任意の場所における周波数を継続的に可視化するツールを開発し，拍動反転が起こる前後の拍動のリズムの変化にはいくつかの法則性があることを見出した。末端に自律的に活動電位を発するペースメーカーが存在し，その間には活動電位を伝えるだけの領域がはさまれているホヤ心臓を模したバーチャルモデルを構築したところ，実際に（1）～（3）の要件により，拍動反転時に見られる諸現象がシミュレーションの形で表現できることが明らかになった。
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