両生類における位置特異的な遺伝子発現操作法の確立と形態再生への適用

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25870058
• Research Institution: Hirosaki University
• Principal Investigator: 横山 仁 弘前大学, 農学生命科学部, 准教授 (90455816)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 再生 / 器官形成 / 形態形成

Outline of Annual Research Achievements

本研究では遺伝子組換え（Tg）個体の作製によってゼノパス（アフリカツメガエルおよびネッタイツメガエル）において器官の特定の位置に遺伝子発現を誘導する手法の確立し、さらにこの技術を駆使して、再生能力が低下した成体のゼノパスに対して、３次元的な形態を持ったより完全な四肢を再生させることを目的としていた。
研究代表者はまず赤外レーザーによる局所的な熱ショックにより遺伝子発現を誘導するIR-LEGOの技術を両生類に応用した。このIR-LEGOや、より広範囲に遺伝子発現を誘導できる温冷付加装置を利用することで、鳥取大学の林利憲氏、理化学研究所の森下喜弘氏およびIR-LEGOの開発者である基礎生物学研究所の亀井保博氏と共同で、ゼノパスに加えてイベリアトゲイモリにおいても様々な組織に対して局所的に遺伝子発現を行える実験条件を確立し、その成果を共著論文として発表した。さらにIR-LEGOの技術を駆使して、１細胞レベルでの発現誘導を行うことで、ゼノパスの幼生の尾の再生におけるHippシグナル経路の機能を明らかにすることができた。
またゼノパスを対象として、ゲノムのエピジェネティック修飾を網羅的に調べるエピゲノム解析を行い、エピジェネ修飾の安定性を示した。さらにゼノパスにおける痕跡的な６番目の指の発見や、ニワトリ肢芽の指の本数と形態を決定するメカニズムの解明を行った。さらに成体のゼノパスにより完全な四肢を再生させるための布石として、幼生の肢芽で局所的な遺伝子発現の操作を行い、四肢の形態形成を変化させることに成功した。

Research Products

• [Journal Article] Developmental stages for the divergence of relative limb length between a twig and a trunk-ground Anolis lizard species (2015)
  • Author(s): Wakasa, H., Cadiz, A., Echenique-Diaz, L.M. Iwasaki, W.M. Kamiyama, N., Nishimura, Y., Yokoyama, H., Tamura, K. and Kawata, M.
  • Journal Title: Journal of Experimental Zoology Part B: Molecular and Developmental Evolution Volume: 324 Pages: 410-423
  • DOI: 10.1002/jez.b.22627
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Evidence for an amphibian sixth digit (2015)
  • Author(s): Hayashi, S., Kobayashi, T., Yano, T., Kamiyama, N., Egawa, S., Seki, R., Takizawa, K., Okabe, M., Yokoyama, H. and Tamura, K.
  • Journal Title: Zoological Letters Volume: １ Pages: 17
  • DOI: 10.1186/s40851-015-0019-y
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Epigenetic Modification Maintains Intrinsic Limb-Cell Identity in Xenopus Limb Bud Regeneration (2015)
  • Author(s): Hayashi, S., Kawaguchi, A., Uchiyama, I., Kawasumi-Kita, A., Kobayashi, T., Nishide, H, Tsutsumi, R., Tsuru, K., Inoue, T., Ogino, H., Agata, K., Tamura, K. and Yokoyama, H.
  • Journal Title: Developmental Biology Volume: 406 Pages: 271-282
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2015.08.013
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] AP-2β is a transcriptional regulator for determination of digit length in tetrapods (2015)
  • Author(s): Seki, R., Kitajima, K., Matsubara, H., Suzuki, T., Saito, D., Yokoyama, H. and Tamura, K.
  • Journal Title: Developmental Biology Volume: 407 Pages: 75-89
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2015.08.006
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Application of local gene induction by infrared laser-mediated microscope and temperature stimulator to amphibian regeneration study (2015)
  • Author(s): Kawasumi-Kita, A., Hayashi, T., Kobayashi, T., Nagayama, C., Hayashi, S., Kamei, Y., Morishita, Y., Takeuchi, T., Tamura, K. and Yokoyama, H.
  • Journal Title: Development Growth and Differentiation Volume: 57 Pages: 601-613
  • DOI: 10.1111/dgd.12241
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 四肢と皮膚の完全再生を可能にする分子・細胞メカニズムの探求 (2016)
  • Author(s): 横山仁
  • Organizer: 日本解剖学会 シンポジウム再生研究の新機軸 ―不可能を可能とする内在性プログラムの探索―
  • Place of Presentation: ビッグパレットふくしま（福島県郡山市）
  • Year and Date: 2016-03-28 – 2016-03-28
  • Invited
• [Presentation] Skin regeneration of Xenopus, as a model for scar-free skin regeneration in adulthood (2016)
  • Author(s): Hitoshi Yokoyama, Rina Otsuka, Aiko Kawasumi-Kita, Tamae Maruoka and Koji Tamura
  • Organizer: Aquatic model organisms for human disease and toxicology research
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター（愛知県岡崎市）
  • Year and Date: 2016-03-18 – 2016-03-18
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ツメガエルにおける局所的な遺伝子発現の操作法の確立と再生研究への応用 (2015)
  • Author(s): 横山仁, 川住愛子, 林利憲, 小林託也, 永山誓史, 林真一, 亀井保博, 森下喜弘, 竹内隆, 田村宏治
  • Organizer: 日本ツメガエル研究集会
  • Place of Presentation: 秋田温泉さとみ（秋田市）
  • Year and Date: 2015-09-15 – 2015-09-15
• [Presentation] アフリカツメガエルを用いた皮膚再生の研究 ‐これまでとこれから‐ (2015)
  • Author(s): 横山仁
  • Organizer: 次世代両生類研究会
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター（愛知県岡崎市）
  • Year and Date: 2015-08-24 – 2015-08-24
  • Invited
• [Presentation] アフリカツメガエルにおける皮膚の完全再生に寄与する細胞の起源 (2015)
  • Author(s): 大塚理奈, 有泉高史, 永山誓史, 川住愛子, 田村宏治, 横山仁
  • Organizer: 日本動物学会東北支部大会
  • Place of Presentation: 東北大学農学部（仙台市）
  • Year and Date: 2015-08-09 – 2015-08-09
• [Remarks] 弘前大学農学生命科学部教員紹介ページ
  • URL: http://nature.cc.hirosaki-u.ac.jp/staff/hitoshi-yokoyama