2014 Fiscal Year Annual Research Report
次世代技術を活用した異体類体色の左右差形成の分子ネットワークへのアプローチ
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26292110
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
鈴木 徹 東北大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (70344330)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
酒井 義文 東北大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (10277361)
横井 勇人 東北大学, (連合)農学研究科(研究院), 助教 (40569729)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | カレイ類 / 変態 / 色素前駆細胞 / 左右差形成 / 分子制御機構 / 概日リズム / 時計遺伝子 / 発生 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヒラメ･カレイ類は変態期に有眼側皮膚が褐色に着色することにより体色が左右非対称となるが、体色の左右差形成の分子基盤は不明である。養殖種苗では、無眼側皮膚が着色する体色異常（黒化）が高頻度に起こり、その原因解明が望まれている。そこで本年度は、体色の左右差形成の分子機構と黒化の発生機構の解明を目指した。
次世代シーケンス解析により、ビタミンA（VA）の活性体、レチノイン酸（RA）への暴露によりヒラメ仔魚に発現誘導される遺伝子を網羅的に同定した。RAにより発現量が10倍以上に誘導される遺伝子が14種類見つかった。その中にはRA分解酵素cyp26bが含まれていた。皮膚におけるcyp26b発現強度は有眼側よりも無眼側で有意に高く、発現量に左右差があることが、qPCR解析により明らかになった。cyp26bが無眼側でRAを分解することにより、色素胞分化を抑制して体色の左右差を形成すること、RA過剰は無眼側でも色素胞分化を起こすことで黒化を誘導することが示唆された。
種苗生産では日照時間は種苗の生残や成長に深く関わるが、光と生残・成長との関係は不明な点が多い。本研究では、体色形成に加えて、ヒラメ胚と仔魚を使って概日リズムの発生についても検討した。
時計遺伝子の主要メンバーであるperod2 (per2)の発現をin situハイブリダイゼーション法で調べた。LDからLLに移しても視交叉上核（SCN）は昼ON/夜OFFのper2の発現リズムを維持することが明らかになり、ヒラメではSCNが概日リズムを発信する中枢時計として機能することが示された。胚をLL、DDで飼育すると、SCNの概日リズム形成が抑制され、明暗の刺激がSCNの概日リズム形成に必須であることが示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年の研究により、色素幹細胞の色素胞への分化にはRAが必要であり、無眼側ではcyp26bがRAを分解することで、幹細胞の色素胞への分化が抑制されることなど、RAとその分解酵素cyp26bを介したシステムが体色の左右差形成で機能することが明らかになった。このように体色左右差形成の分子基盤の全貌解明に向けて大きな足がかりが得られたものと考えている。また黒化発生に関し、RAが過剰に供給されると、無眼側でのRA分解が追いつかずに、幹細胞が色素胞に分化して黒化を起こすと言うメカニズムが示された。飼料中のVA過剰は、RA過剰を起こして黒化を誘起する可能性が考えられる。
マウスなどの母体内で発生する哺乳類では、中枢時計の発生におよぼす光条件の影響を解析することは困難である。今回、ヒラメ胚を使うことで始めて、脳内SCNにおける中枢時計の正常発生に光の明暗刺激が必須であることが明らかになった。モデル生物のゼブラフィッシュでは、SCNに時計遺伝子のリズムは認められないことが分かっており、ヒラメ胚を使った実験系は、各種薬剤が中枢時計の発生におよぼす影響の解析にも利用できるなど、概日リズム研究に広く応用可能だと期待される。
2つの成果とも当初の計画を超えるものであり、本年度については想定以上の達成度であったと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の予定通りに研究計画を遂行する。具体的には次の研究を推進する。
今年度の研究により、cyp26bが無眼側に発現して体色の左右差を形成することが明らかになったが、さらにその上流にはcyp26b発現を無眼側に誘導する左右差形成システムが存在するはずである。次年度以降は、このシステムを解明し、カレイ類体色の左右差形成の全貌解明に迫る。
ヒラメ種苗の無眼側黒化には、変態期に起こる体色の左右差形成異常による全黒化に加え、変態着定後の稚魚発育過程で起こる部分的な着色の2種類がある。着色型の黒化は、ほぼ100％の個体で発生し、カレイ類種苗生産で残された重要な課題である。現在のところ、着色型の黒化における色素前駆細胞の挙動や色素分化を誘導する刺激は不明である。次年度以降、私達が開発した遺伝子発現解析システムを使って、着色型黒化の発生メカニズムも解析する。
概日リズムに関する課題では、視交叉上核の中枢リズムが摂餌や下垂体のホルモン合成に及ぼす影響を解析する。また下垂体のホルモン合成と分泌自体に日周リズムが存在するかどうかを解析する。これらの研究により、日照条件が脳内リズムを介して摂餌や成長をコントロールするメカニズムの解明に迫るとともに、仔魚に高成長をもたらす日照条件を検討する。
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| Causes of Carryover |
次世代シークエンス解析を10検体程度行う計画で、依頼解析の費用として200万円を予定していた。1解析あたりの単価が下がったこと、および解析サンプルを絞ったために100万円程度の残額が発生した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次世代シーケンス解析が必要となったサンプルを引き続き依頼解析する。物品費では、主に遺伝子発現解析、ゲノム編集等の実験に必要な試薬類を購入する。旅費は、昨年度並みに計画している。
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[Journal Article] Establishment of oct4:gfp transgenic zebrafish line for monitoring cellular multipotency by GFP fluorescence2015
Author(s)
Kato, H., Abe, K., Yokota, S., Matsuno, R., Mikekado, T., Yokoi, H. and Suzuki, T.
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Journal Title
In Vitro Cellular & Developmental Biology - Animal
Volume: 51
Pages: 42-49
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Decrease in cytosine methylation at CpG island shores and increase in DNA fragmentation during zebrafish aging2014
Author(s)
Shimoda, N., Izawa, T., Yoshizawa, A., Yokoi, H., Kikuchi, Y. and Hashimoto, N.
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Journal Title
Age (Dordr.)
Volume: 36
Pages: 103-115
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] No evidence for AID/MBD4-coupled DNA demethylation in zebrafish embryos2014
Author(s)
Shimoda, N., Hirose, K., Kaneto, R., Izawa, T., Yokoi, H., Hashimoto, N. and Kikuchi, Y.
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Journal Title
PLoS ONE
Volume: 9
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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