2021 Fiscal Year Research-status Report

性決定遺伝子発現ニューロンによるターゲット細胞の非細胞自律的な性差形成機構の解明

Research Project

Project/Area Number	21K06260
Research Institution	Hokkaido University of Education
Principal Investigator	木村賢一北海道教育大学, 教育学部, 教授 (80214873)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	キイロショウジョウバエ / 性決定遺伝子 / fruitless / 雄特異筋 / 誘導
Outline of Annual Research Achievements	ショウジョウバエのオス腹部第５体節には、性特異的に存在する筋肉MOL（Muscle of Lawrence）がある。このオス特異筋の形成は、それを支配する性決定因子Fru発現運動ニューロンにより誘導されることが知られている。本年度は、MOL誘導因子と考えられるリガンドおよびそのレセプター関わる因子を調査した。これまでに進めてきたスクリーニングにより、myoblastにNotch RNAiを発現させるとMOL形成が異常になることから、MOL誘導因子のレセプターとしてNotchが関与する可能性が示唆されていた。Notchレセプターのリガンドとして、ショウジョウバエではSerrateあるいはDeltaが知られている。そこで、これらのRNAi系統を運動ニューロンで発現させ、MOL形成に異常が生ずるか調査したところ、DeltaのノックダウンはMOL形成を抑制することを見いだした。しかし、逆の作用、つまり運動神経におけるDeltaの強制発現やmyoblastにおけるNotchの強制発現は、メスや他の体節に新たなMOL形成誘導は起こさなかった。またDeltaノックダウンの作用時期を調査したところ、MOL誘導前の幼虫期に作用していることが示され、これらからNotch/DeltaシステムはMOL誘導に関与すると言うよりも、MOL誘導よりも早い時期に成虫筋の形成など別の役割をもっていることが示唆された。これらと並行して、MOL誘導に関わるリガンドおよびレセプターのスクリーニングを行い、他の候補因子の探索を進めた。ActivinのノックダウンがMOL形成を抑制することを見いだし、Activinシグナル系の関与を新たに見いだした。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本年度の研究により、Notchシグナル系がMOL誘導に関与するかどうか検証することができた。その結果、Notchシグナル系はMOL誘導に直接関与するというより、別の作用によりMOLを含めた成虫筋の形成に影響を及ぼしている可能性が示された。この結果は、当初の予想とは異なるものであったが、MOL誘導が起こる前の時期にNotchシグナル系が作用し、成虫筋の形成自身に働くことがMOL形成にも重要であることが明らかになった。さらに、スクリーニングにより誘導因子の候補因子を見いだすことができ、次年度の計画を進める上で、大きな材料を得ることができた。
Strategy for Future Research Activity	ActivinがMOL誘導因子である可能性を検証する。 1）Activinのレセプター候補遺伝子のRNAi系統をmyoblastで発現させ、MOL形成に異常が生ずるか調査し、レセプターを同定する。また、同定されたリガンドやレセプター遺伝子を強制発現させたときの影響を調査し、そのリガンドおよびレセプターの発現がMOL形成に十分であるかどうか明らかにする。また、レセプターの下流で作用するActivinシグナル伝達系に関わる因子のノックダウンや強制発現により、MOL形成に同様の変化を与えるか確認する。 2）ActivinやそのレセプターのノックダウンによりMOL形成が異常となった場合、形成過程でどのような変化が運動ニューロンやmyotubeに起こっているか、ライブイメージング法を適用し明らかにする。また、同定されたActivinシグナル系の因子に関して、その発現パターンを抗体染色等により明らかにする。 3）fru遺伝子のノックダウンや強制発現によりMOL形成異常となった時、Activinシグナル系の因子の発現パターンが変化しているかどうか調査し、誘導因子としてのActivinシグナル系が性決定因子Fruのもと調節されているかどうか明らかにする。 4）MOL分化制御因子の解析するため、myotubeの伸長に関わるような遺伝子や腱の形成に関わる遺伝子を中心にスクリーニングを行う。ノックダウンや強制発現によりMOL形成異常を示した遺伝子について、MOL形成プロセスにおいてどのような変化を及ぼしているかmyotubeのライブイメージングにより明らかにする。分化制御因子の発現パターンをライブイメージングにより明らかにし、その発現パターンがActivinシグナル系のノックダウンや強制発現により、どのように変化するか調査する。
Causes of Carryover	（理由）2021年度の年度末に購入依頼した物品等の支払いが、2022年度分として支払われることとなったため。（計画）2022年度品目別内訳として、物品に198,240円、旅費0円、人件費・謝金750,000円，その他100,000円、計1,048,240円を予定している。