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2020 Fiscal Year Annual Research Report

Intracellular transport-dependent mechanisms of temporal regulation of Notch signaling and cell fate specification of neural stem cells

Publicly Offered Research

Project AreaInterplay of developmental clock and extracellular environment in brain formation
Project/Area Number 19H04771
Research InstitutionKanazawa University

Principal Investigator

佐藤 純  金沢大学, 新学術創成研究機構, 教授 (30345235)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
KeywordsNotch / Delta / cis-inhibition / ショウジョウバエ / 視覚中枢 / proneural wave / 数理モデル
Outline of Annual Research Achievements

Deltaは隣接する細胞においてNotchシグナルを活性化し(trans-activation)、一方でDeltaを発現する細胞自身においてはNotchを不活性化する(cis-inhibition)。ハエ視覚中枢の発生過程において神経幹細胞の分化が波状に伝播するProneural Waveに着目し、cis-inhibitionの生じる機構とその役割を明らかにした。
従来のProneural Waveの数理モデルは、波面においてNotchが1回活性化する様子を再現したが、実際にはNotchは神経幹細胞において再び活性化する。この数理モデルのcis-inhibitionに非線型性を導入すると2回のNotch活性化を再現出来ることを見出した。さらに、生体内においてもcis-inhibitionが強い非線型性を含み、Deltaの発現レベルが閾値を超えると速やかにNotchシグナルを抑制することを示した。
cis-inhibitionの非線型性を産む分子機構として、Delta-Notch複合体の細胞内輸送に着目した。cis-inhibitionを起こす細胞においてDelta-Notch複合体は後期エンドソームに輸送されるが、Notch蛋白質が選択的に分解され、Deltaはリサイクリングエンドソームを経由して細胞膜に輸送されること、これによってNotch蛋白質発現が急激に低下することが示された。シミュレーションの結果と同様、この過程を阻害するとNotchの2回の活性ピークが1つに融合することを示した。また、2回目のNotchの活性化は神経幹細胞において転写因子Kluの発現を誘導し、これによって神経細胞の運命を決定することを示した。この様に、cis-inhibitionを介したNotchシグナルの時間的変化が神経幹細胞の分化と神経細胞の運命決定を協調的に制御することが明らかとなった。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (5 results)

All 2022 2021 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Tiling mechanisms of the Drosophila compound eye through geometrical tessellation2022

    • Author(s)
      Hayashi Takashi、Tomomizu Takeshi、Sushida Takamichi、Akiyama Masakazu、Ei Shin-Ichiro、Sato Makoto
    • Journal Title

      Current Biology

      Volume: 32 Pages: in press

    • DOI

      10.1016/j.cub.2022.03.046

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Intracellular trafficking of Notch orchestrates temporal dynamics of Notch activity in the fly brain2021

    • Author(s)
      Wang Miaoxing、Han Xujun、Liu Chuyan、Takayama Rie、Yasugi Tetsuo、Ei Shin-Ichiro、Nagayama Masaharu、Tanaka Yoshitaro、Sato Makoto
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 12 Pages: 2083

    • DOI

      10.1038/s41467-021-22442-3

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Glial insulin regulates cooperative or antagonistic Golden goal/Flamingo interactions during photoreceptor axon guidance2021

    • Author(s)
      Takechi Hiroki、Hakeda-Suzuki Satoko、Nitta Yohei、Ishiwata Yuichi、Iwanaga Riku、Sato Makoto、Sugie Atsushi、Suzuki Takashi
    • Journal Title

      eLife

      Volume: 10 Pages: e66718

    • DOI

      10.7554/eLife.66718

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Intracellular trafficking of Notch orchestrates temporal dynamics of Notch activity in the fly brain2021

    • Author(s)
      Wang Miaoxing, Sato Makoto
    • Organizer
      14th Japanese Drosophila Research Conference
  • [Remarks] Notchシグナルの時空間的制御機構の解明

    • URL

      http://fsosato.w3.kanazawa-u.ac.jp/res_twin.html

URL: 

Published: 2022-12-28  

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