色素細胞をモデルとした細胞運命選択の分子メカニズムの解析

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26440121
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 橋本 寿史 名古屋大学, 生物機能開発利用研究センター, 助教 (30359757)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 細胞分化 / 多様性

Outline of Annual Research Achievements

神経堤細胞の派生物である色素細胞は、発生過程で異なるサブタイプが分化し、メダカでは黒、虹、黄、白色の４種類、ゼブラフィッシュでは白色を除く３種類の細胞種に区別される。昨年度までの研究で、マウスの黒色素細胞の発生におけるsox5とsox10の関係と同様に、ゼブラフィッシュにおいてsox5とsox10の競合的な相互作用が全ての色素細胞種（黒、黄、虹）の発生を制御していることを明らかにした。一方、メダカでは、黒および虹色素細胞の系譜で同様の機構が見られるが、黄および白色素細胞の系譜ではsox5とsox10は協調的に（黄色の発生を促進し、白色の発生を抑制する）働くことが分かった。メダカでは、ゼブラフィッシュとは異なり、黄および白色共通の前駆細胞が形成されることが示唆されており、白色素細胞を獲得する過程においてメダカがSox5とSox10の新規な機能を進化させた可能性がある。
本年度は、このメダカ特有のSox5およびSox10の機能を検証するため、黄白共通前駆細胞におけるSox5の過剰発現系を利用して、黄か白かの運命が変更可能か否かを調べた。sox5の過剰発現はsox5変異体（黄色を欠損し白色を過形成する）において黄色素細胞を回復させ、野生型胚で白色を減少させた。したがって、sox5はメダカの黄白共通前駆細胞において黄への運命を促進し、白への運命を抑制するという、ゼブラフィッシュにはない働きを持つことが確かめられた。
昨年度、TALEN法あるいはCRIPR/Cas9法によってメダカおよびゼブラフィッシュの新規変異体を多数樹立した。これまでに、sox5、sox10a/10b、pax3a/3bとpax7a/7bの変異体がメダカとゼブラフィッシュでそれぞれ全てそろった。sox5およびsox10以外にも、pax3a/3bやpax7a/7bの変異体と、これらの多重変異体の表現型解析をはじめた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

メダカとゼブラフィッシュにおいて、TALEN法あるいはCRIPR/Cas9法による新規変異体の作製、その交配による多重変異体の作製や、表現型解析が進んでいる。
メダカとゼブラフィッシュで、sox5およびsox10、pax3a、pax3b、pax7a、pax7b変異体が全てそろい、これらの遺伝子の色素細胞発生における機能分担の関係が明らかになった。メダカとゼブラフィッシュで比較しながら、色素細胞の発生系譜とSoxおよびPaxの遺伝子機能を対応させて、色素細胞の多様性生成モデルを構築できる準備が整ったと言える。

Strategy for Future Research Activity

メダカとゼブラフィッシュの間で、黄色素胞と白色素胞の運命決定におけるsox5とsox10の相互作用の役割が異なることを示唆する結果が得られている。今後は、これにpax3およびpax7の作用を考慮して、色素細胞の発生系譜におけるSox-Pax複合体としての機能を論じていきたい。
メダカおよびゼブラフィッシュの変異体（多重変異体）はすでに膨大な数に及んでおり、これらの系統を維持するだけでも相当な労力を要する。当面の間、表現型解析に重点をおき、遺伝学的知見の集積に集中する。

Causes of Carryover

メダカとゼブラフィッシュの変異体と、その交配による多重変異体の作製や、変異体の表現型解析については、予想を上回る展開があり、当初計画していたChIPアッセイなどの分子生物学的な解析を一時中断して、sox5とsox10にpax3およびpax7を加えた遺伝学的な相互作用に重点を置いて研究を進めている。このため、分子生物学解析に要する高額な試薬の購入を先送りにしている分、平成28年度に未使用予算が増えた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

変異体の表現型解析を中心とした遺伝学解析を進める。多重変異体を多数作製するため、それらの飼育に相当の労力を要する。パートタイム飼育補助員の雇用に予算の一部を充てる。

Research Products

• [Int'l Joint Research] バース大学(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: バース大学
• [Journal Article] Osteocrin, a peptide secreted from the heart and other tissues, contributes to cranial osteogenesis and chondrogenesis in zebrafish. (2017)
  • Author(s): Chiba A, Watanabe-Takano H, Terai K, Fukui H, Miyazaki T, Uemura M, Hashimoto H, Hibi M, Fukuhara S, Mochizuki N.
  • Journal Title: Development Volume: 144 Pages: 334-344
  • DOI: 10.1242/dev.143354
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Biochemical characterization of the medaka (Oryzias latipes) orthologue for mammalian tissue-type transglutaminase (TG2). (2017)
  • Author(s): Takada Y, Watanabe Y, Okuya K, Tatsukawa H, Hashimoto H, Hitomi K.
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 81 Pages: 469-474
  • DOI: 10.1080/09168451.2016.1256757
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Establishment of oct4:egfp transgenic and oct4:egfp /beta-actin:DsRed double transgenic medaka lines. (2016)
  • Author(s): Yokota S, Matsuno R, Kato H, Hashimoto H, Kinoshita M, Yokoi H, Suzuki T.
  • Journal Title: In Vitro Cellular and Developmental Biology-Animal Volume: 52 Pages: 646-653
  • DOI: 10.1007/s11626-016-0020-6 (2016)
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Sox5 modulates Sox10-mediated pigment cell fate specification in medaka and zebrafish. (2017)
  • Author(s): Nagao Y, Takada H, Miyadai M, Seki R, Kamei Y, Hara I, Taniguchi Y, Naruse K, Hibi M, Kelsh RN, Hashimoto H.
  • Organizer: Neural Crest and Cranial Placodes, Gordon Research Conference
  • Place of Presentation: Ventura CA, USA
  • Year and Date: 2017-02-05 – 2017-02-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A variegated medaka mutant Va: a model of human Carney complex. (2016)
  • Author(s): Goda M, Shizuka T, Inoue C, Nishikawa K, Miki C, Kimura T, Villareal MO, Isoda H, Naruse K, Hibi M, Wakamatsu Y, Hashimoto H.
  • Organizer: 第８７回日本動物学会年会
  • Place of Presentation: Milan, Italy
  • Year and Date: 2016-11-14 – 2016-11-19
• [Presentation] Sox5 modulates Sox10-mediated pigment cell fate specification in medaka and zebrafish. (2016)
  • Author(s): Nagao Y, Takada H, Miyadai M, Seki R, Kamei Y, Hara I, Taniguchi Y, Naruse K, Hibi M, Kelsh RN, Hashimoto H.
  • Organizer: European Society for Pigment Cell Research
  • Place of Presentation: Milan, Italy
  • Year and Date: 2016-09-12 – 2016-09-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A variegated medaka mutant Va: a model of human Carney complex. (2016)
  • Author(s): Goda M, Shizuka T, Inoue C, Nishikawa K, Miki C, Kimura T, Villareal MO, Isoda H, Naruse K, Hibi M, Wakamatsu Y, Hashimoto H.
  • Organizer: European Society for Pigment Cell Research
  • Place of Presentation: Milan, Italy
  • Year and Date: 2016-09-12 – 2016-09-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Sox5 modulates Sox10-meiated pigment cell fate specification in medaka and zebrafish. (2016)
  • Author(s): Nagao Y, Takada H, Miyadai M, Seki R, Kamei Y, Hara I, Taniguchi Y, Naruse K, Hibi M, Kelsh RN, Hashimoto H.
  • Organizer: 第２２回小型魚類研究会
  • Place of Presentation: 岡崎
  • Year and Date: 2016-08-20 – 2016-08-21