円口類ヤツメウナギの神経進化発生学的研究による脊椎動物中脳の進化的起源の解明

• Project/Area Number: 13J00621
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Evolutionary biology
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 鈴木 大地 筑波大学, 生命環境科学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2013: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 進化発生学 / ヤツメウナギ / 中脳 / 外眼筋 / 進化 / 神経発生

Outline of Annual Research Achievements

目的 : 本研究は、脊椎動物の中脳の進化的起源を、進化発生学的に解明することを目的としている。そこで祖先的な形質を保存しているヤツメウナギの脳発生について、神経構造や分子的な発生メカニズムの解析を試みた。以下に本年度の主な結果について記述する。
1. 神経構造解析：幼生期および成体の脳を露出させ、神経ラベリングを行う実験系を確立した。その結果、幼生期では視蓋ニューロンの分化が未熟であり、視覚入力ではなく聴側線・体性感覚入力が優占していることが明らかとなった。
2. 遺伝子発現解析：GABA作動性ニューロンのマーカー遺伝子Slc32の遺伝子発現解析を行ったところ発生期中脳では発現していなかったのに対し、アンモシーテス幼生期・変態期・成体の視蓋でVGLUTとSlc32の発現が見られた。この結果は、中脳視蓋において幼生期からGABA作動性ニューロンの分化が始まっていることを示している。
3. 外眼筋の発生メカニズムの解析：視覚系における重要な要素である外眼筋の発生メカニズムについて解析を行ったところ、基本的な外眼筋発生メカニズムはヤツメウナギでも保存されており、脊椎動物の共通祖先ですでに獲得されていることがわかった。またヤツメウナギにおいては、外眼筋の分化は幼生期・変態期を通じて長い期間で行われることがわかった。
これらの結果から、変態期において中脳構造は大規模に改変されるものの、既に幼生期には、中脳構造の改変が始まっていることが明らかとなった。これは「ヤツメウナギは発生期と変態期で2段階の中脳発生をする」という当初の想定と異なっている。実際のヤツメウナギの中脳発生は、少なくとも発生期、幼生期（成長過程）、変態期と多段階的に起きている可能性があることを示唆している。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Comparative morphology and development of extra-ocular muscles in the lamprey and gnathostomes reveal the ancestral state and developmental patterns of the vertebrate head. (2016)
  • Author(s): Suzuki D*, Fukumoto Y, Yoshimura M, Yamazaki Y, Kosaka J, Kuratani S, Wada H.
  • Journal Title: Zoological Letters Volume: 2 Issue: 1 Pages: 10-10
  • DOI: 10.1186/s40851-016-0046-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 脊椎動物の視覚系の進化 (2015)
  • Author(s): 鈴木 大地、和田 洋
  • Journal Title: 生体の科学 Volume: 66 Pages: 222-227
• [Journal Article] Expression patterns of Eph genes in the “dual visual development” of the lamprey and their significance in the evolution of vision in vertebrates (2015)
  • Author(s): Daichi G. Suzuki, Yasunori Murakami, Yuji Yamazaki, Hiroshi Wada
  • Journal Title: Evolution & Development Volume: 17 Issue: 2 Pages: 139-147
  • DOI: 10.1111/ede.12119
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A comparative examination of neural circuit and brain patterning between the lamprey and amphioxus reveals the evolutionary origin of the vertebrate visual center (2015)
  • Author(s): Daichi G. Suzuki, Yasunori Murakami, Hector Escriva, Hiroshi Wada
  • Journal Title: Journal of Comparative Neurology Volume: 523 Issue: 2 Pages: 251-261
  • DOI: 10.1002/cne.23679
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Dual (or two-step) development of the lamprey midbrain tectum (2016)
  • Author(s): Daichi G. Suzuki, Yasunori Murakami, Hiroshi Wada
  • Organizer: 8th European Conference on Comparative Neurobiology
  • Place of Presentation: ドイツ、ミュンヘン
  • Year and Date: 2016-04-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Beyond the dichotomy of individual and kind: The persistently reproducible module (PRM) theory of homology (2015)
  • Author(s): Daichi G. Suzuki, Senji Tanaka
  • Organizer: International Society for the History, Philosophy, and Social Studies of Biology (ISHPSSB)
  • Place of Presentation: カナダ、モントリオール
  • Year and Date: 2015-07-05
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 進化発生学における形態進化の説明の枠組み (2015)
  • Author(s): 鈴木 大地
  • Organizer: 『科学基礎論学会2015年総会と講演会』ワークショップ「生物のかたちづくりの科学理論とその分析」
  • Place of Presentation: 北海道教育大学、北海道、札幌市
  • Year and Date: 2015-06-13
• [Presentation] ヤツメウナギ外眼筋発生から見た脊椎動物の頭部の進化 (2014)
  • Author(s): 鈴木 大地、和田 洋
  • Organizer: 日本動物学会
  • Place of Presentation: 宮城県仙台市（東北大学川内キャンパス）
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] The evolutionary origin of the vertebrate midbrain (2014)
  • Author(s): Daichi G. Suzuki, Yasunori Murakami, Hiroshi Wada
  • Organizer: Euro Evo Devo 2014
  • Place of Presentation: Vienna, Austria
  • Year and Date: 2014-07-22 – 2014-07-25
• [Presentation] 複合システムとしての視覚系と脊椎動物の視覚系進化 (2013)
  • Author(s): 鈴木大地
  • Organizer: 日本進化学会
  • Place of Presentation: つくば、筑波大学
  • Year and Date: 2013-08-30
• [Presentation] "Dual visual development" in lampreys and the midbrain as a novel brain region in vertebrates (2013)
  • Author(s): Daichi G. Suzuki
  • Organizer: European conference of comparative neurology
  • Place of Presentation: ブダペスト、ハンガリー