Molecular mechanisms of cellular organization and operation in the ascidian heart

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K06713
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 44040:Morphology and anatomical structure-related
• Research Institution: Hirosaki University
• Principal Investigator: Nishino Atsuo 弘前大学, 農学生命科学部, 教授 (50343116)
• 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)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ペースメーカー細胞 / リズム生成 / 進化 / 脊索動物 / 尾索動物 / 被嚢動物 / 心臓 / 拍動

Outline of Final Research Achievements

The heart is an essential organ in vertebrate animals, but its evolutionary origin is not so much clarified yet. Ascidians belong to an animal group that is most closely related to the vertebrate lineage. Despite their close relationship to vertebrates, the heart of ascidians is known to show a peculiar characteristic; the direction of pulsatile waves in the heart intermittently reverses. We analyzed the heart of Ciona, an ascidian experimental model and revealed that two independent cell populations that were located within < 5% terminal regions of the heart tube constitute sufficient pacemakers for heart pulsations. In addition, this study included transcriptome analyses among these pacemaker regions and non-pacemaker regions in between, which revealed that a particular ion channel encoding gene was expressed in one of the pacemaker cell populations. A gene knock-out analysis on this gene using TALEN constructs led to a severe phenotype in the heart.

Free Research Field

進化生理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

心臓の働きは，「生きている」状態をもっとも端的に象徴する。脊椎動物にとって，心臓は不可欠な器官だが，その進化的起源には不明な点が多く残されている。その理由の一つは，脊椎動物に最も近縁な無脊椎動物の系統である被嚢動物がもつ心臓が，定期的に拍動する方向を変更するという，我々の心臓とは似ても似つかぬ奇妙な特徴を示すことにあると考えられる。我々は，ホヤと脊椎動物の心臓は，実は二つの振動子が結合されている系として共通していると考え，それらの間の共通点を探った。本研究は，拍動を制御するペースメーキングの分子機構のレベルで，ホヤと脊椎動物の心臓には共通点があることを明らかにした。