Functional analysis of Hox gene clusters using zebrafish

• Project/Area Number: 18K06177
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43050:Genome biology-related
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: KAWAMURA AKINORI 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (10466691)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2019: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2018: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
• Keywords: Hox / 脊椎動物 / CRISPR-Cas9 / 変異体 / 全ゲノム重複 / CTスキャン解析 / Hox遺伝子 / 遺伝子重複 / 遺伝子クラスター / ゼブラフィッシュ / 脊椎動物の体軸形成 / X線CTスキャン / 多重変異体 / Hoxクラスター欠失変異体 / Hox遺伝子群 / 発生遺伝学 / 機能進化 / 脊椎動物の前後軸 / Hoxクラスター / ゲノム構造

Outline of Final Research Achievements

Hox clusters, in which multiple Hox genes are arranged, and play a fundamental role in the development of animal body. Due to whole genome duplication that occurred during vertebrate evolution, Hox clusters diverged into four in mouse and human, and into seven in zebrafish. Until now, most of functional studies have been performed in mice, which have revealed the functions of the Hox genes, however it remained unclear whether the functional roles revealed in mice are conserved among vertebrates. In this study, we generated seven zebrafish Hox cluster mutants and compared their functions. Our results revealed many functional differences of Hox genes between zebrafish and mice, suggesting that the vertebrate Hox cluster has acquired different sub/neofunctinalization after the quadruplication of Hox clusters.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

動物の発生を司るHox遺伝子クラスターは、動物の体づくりの基盤となる役割を担う遺伝子群であるため、進化的にも機能が高く保存されていると考えられてきた。本研究において、マウスと進化的に離れたゼブラフィッシュと比較した結果、共通な機能が一部見られるものの、多くの機能的な相違点が明らかとなった。本研究から、分岐したHoxクラスターに生じた機能変化が、脊椎動物の様々な形態形成に寄与した可能性が示唆された。

Research Products

• [Journal Article] An atlas of seven zebrafish hox cluster mutants provides insights into sub/neofunctionalization of vertebrate Hox clusters. (2021)
  • Author(s): Yamada, K., Maeno, A., Araki, S., Kikuchi, M., Suzuki, M., Ishizaka, M., Satoh, K., Akama, K., Kawabe, Y., Suzuki, K., Kobayashi, D., Hamano, N., Kawamura, A
  • Journal Title: Development Volume: 148
  • DOI: 10.1242/dev.198325
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A globin-family protein, Cytoglobin 1, is involved in the development of neural crest-derived tissues and organs in zebrafish (2021)
  • Author(s): Takahashi Kazuki、Ito Yuki、Yoshimura Mami、Nikaido Masataka、Yuikawa Tatsuya、Kawamura Akinori、Tsuda Sachiko、Kage Daichi、Yamasu Kyo
  • Journal Title: Developmental Biology Volume: 472 Pages: 1-17
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2020.12.016
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] An atlas of zebrafish seven hox cluster mutants provides insights into sub/neofunctionalization of vertebrate Hox clusters. (2021)
  • Author(s): Yamada, K., Maeno, A., Kikuchi, M., Suzuki, M., Ishizaka, M., Sato, K., Akama, K., Kawabe, Y., Suzuki, K., Kobayashi, D., Hamano, N., Kawamura, A.
  • Journal Title: Development Volume: 148
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The role of somite patterning in the formation of Weberian apparatus and pleural rib in zebrafish. (2020)
  • Author(s): Akama, K., Ebata, K., Maeno, A., Taminato, T., Otosaka, S., Gengyo-Ando, K., Nakai, J., Yamasu, K., Kawamura, A.
  • Journal Title: Journal of Anatomy Volume: 236 Pages: 622-629
  • DOI: 10.1111/joa.13135
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transcriptional autoregulation of zebrafish tbx6 is required for somite segmentation (2019)
  • Author(s): Ban Hiroyuki、Yokota Daisuke、Otosaka Shiori、Kikuchi Morimichi、Kinoshita Hirofumi、Fujino Yuuri、Yabe Taijiro、Ovara Hiroki、Izuka Ayaka、Akama Kagari、Yamasu Kyo、Takada Shinji、Kawamura Akinori
  • Journal Title: Development Volume: 146 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1242/dev.177063
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Functional roles of the Ripply-mediated suppression of segmentation gene expression at the anterior presomitic mesoderm in zebrafish (2018)
  • Author(s): Kinoshita Hirofumi、Ohgane Nanae、Fujino Yuuri、Yabe Taijiro、Ovara Hiroki、Yokota Daisuke、Izuka Ayaka、Kage Daichi、Yamasu Kyo、Takada Shinji、Kawamura Akinori
  • Journal Title: Mechanisms of Development Volume: 152 Pages: 21-31
  • DOI: 10.1016/j.mod.2018.06.001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Deadenylation by the CCR4-NOT complex contributes to the turnover of hairy-related mRNAs in the zebrafish segmentation clock. (2018)
  • Author(s): Fujino Y, Yamada K, Sugaya C, Ooka Y, Ovara H, Ban H, Akama K, Otosaka S, Kinoshita H, Yamasu K, Mishima Y, Kawamura A.
  • Journal Title: FEBS Letters Volume: 592(20) Pages: 3388-3398
  • DOI: 10.1002/1873-3468.13261
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ゼブラフィッシュ最前部椎骨を規定するHoxコードの発生遺伝学的解析 (2022)
  • Author(s): 鈴木賢弥、前野哲輝、佐藤こうみ、小林大貴、山田一哉、菅原拓海、石津充己、川村哲規
  • Organizer: 第74回 日本動物学会関東支部会
• [Presentation] The position and size of the swim bladder are restricted by the surrounding bones in zebrafish (2021)
  • Author(s): Koumi Satoh, Akiteru Maeno, Kenya Suzuki, Kazuya Yamada, Mizuki Ishizaka, Soh Araki1, Urara Adachi, Hiroyuki Furudate, Akinori Kawamura
  • Organizer: 第27回 小型魚類研究会
• [Presentation] Developmental genetic analysis of hoxaa;hoxab;hoxda clusters in zebrafish (2021)
  • Author(s): Mizuki Ishizaka, Kazuya Yamada, Akiteru Maeno, Morimichi Kikuchi, Soh Araki, Akinori Kawamura
  • Organizer: 第27回 小型魚類研究会
• [Presentation] Deciphering the Hox code in the anteriormost vertebrae in zebrafish (2021)
  • Author(s): Kenya Suzuki, Akiteru Maeno, Koumi Satoh, Daiki Kobayashi, Kazuya Yamada, Takumi Sugawara, Atsuki Ishizu, Akinori Kawamura
  • Organizer: 第27回 小型魚類研究会
• [Presentation] ゼブラフィッシュ浮き袋の位置と大きさを制限する周辺骨格の役割 (2021)
  • Author(s): 佐藤こうみ、前野哲輝、鈴木賢弥、山田一哉、石坂瑞樹、荒木 颯、安達うらら、古舘宏之、川村哲規
  • Organizer: 第44回 日本分子生物学会(横浜)
• [Presentation] ゼブラフィッシュhoxaa;hoxab;hodaクラスターの発生遺伝学的解析 (2021)
  • Author(s): 石坂瑞樹、山田一哉、前野哲輝、菊地守道、荒木 颯、川村哲規
  • Organizer: 第44回 日本分子生物学会(横浜)
• [Presentation] ゼブラフィッシュ最前方椎骨を規定するHoxコードの解読 (2021)
  • Author(s): 鈴木賢弥、前野哲輝、佐藤こうみ、小林大貴、山田一哉、菅原拓海、石津充己、川村哲規
  • Organizer: 第44回 日本分子生物学会(横浜)
• [Presentation] ゼブラフィッシュ器官形成におけるhoxcaおよびhoxcbクラスターの機能解析 (2021)
  • Author(s): 佐藤 こうみ, 鈴木賢弥, 前野 哲輝, 山田 一哉, 荒木 颯, 川村 哲規
  • Organizer: 第73回 日本動物学会関東支部会 （オンライン開催）
• [Presentation] ゼブラフィッシュhoxaa,ab,daクラスター三重欠失変異体の解析 (2021)
  • Author(s): 石坂瑞樹, 山田一哉, 菊地守道, 前野哲輝, 荒木 颯, 川村哲規
  • Organizer: 第73回 日本動物学会関東支部会 （オンライン開催）
• [Presentation] ゼブラフィッシュ遺伝学によるhoxクラスターの機能解析 (2020)
  • Author(s): 川村哲規
  • Organizer: 日本動物学会 第91回大会2020（オンライン開催）シンポジウム
• [Presentation] ゼブラフィッシュ胚発生におけるhoxbaおよびhoxbbクラスターの機能解析 (2020)
  • Author(s): 菊地守道、山田一哉、前野哲輝、荒木 颯、鈴木聖人、石坂瑞樹、小林大貴、川村哲規
  • Organizer: 日本動物学会 第91回大会2020（オンライン開催）
• [Presentation] ゼブラフィッシュhoxcaおよびhoxcbクラスターの発生遺伝学的解析 (2020)
  • Author(s): 鈴木聖人、山田一哉、前野哲輝、荒木 颯、菊地守道、石坂瑞樹、佐藤こうみ、鈴木賢弥、川村哲規
  • Organizer: 日本動物学会 第91回大会2020（オンライン開催）
• [Presentation] ゼブラフィッシュhoxbaおよびhoxbbクラスター欠失変異体の表現型解析 (2020)
  • Author(s): 菊地守道、山田一哉、前野哲輝、荒木 颯、鈴木聖人、石坂瑞樹、赤間 燿、河部由貴、小林大貴、川村哲規
  • Organizer: 第43回 日本分子生物学会年会（オンライン開催）
• [Presentation] ゼブラフィッシュ胚発生におけるhoxクラスターの機能解析 (2020)
  • Author(s): 菊地守道、山田一哉、前野哲輝、荒木 颯、鈴木聖人、石坂瑞樹、赤間 燿、川村哲規
  • Organizer: 第72回 日本動物学会関東支部会
• [Presentation] 成長に伴うゼブラフィッシュの体節間血管の再配置に関する研究 (2020)
  • Author(s): 松野由美香、乙坂栞里、鈴木聖人、川村哲規
  • Organizer: 第72回 日本動物学会関東支部会
• [Presentation] ゼブラフィッシュ成魚の全身骨格および軟組織形成におけるhoxクラスターの機能解析 (2020)
  • Author(s): 鈴木聖人、山田一哉、前野哲輝、菊地守道、荒木 颯、石坂瑞樹、赤間 燿、川村 哲規
  • Organizer: 第72回 日本動物学会関東支部会
• [Presentation] Chemical Screeningを用いたゼブラフィッシュ肋骨形成の解析 (2020)
  • Author(s): 佐藤こうみ、川村哲規
  • Organizer: 第72回 日本動物学会関東支部会
• [Presentation] Transcriptional autoregulation oftbx6 is required for the somite segmentation in zebrafish embryos (2019)
  • Author(s): Ban H, Yokota D, Otosaka S, Kikuchi M, Kinoshita H, Fujino Y, Yabe T, Ovara H, Izuka A, Akama K, Yamasu K, Takada S, Kawamura A
  • Organizer: 第25回 小型魚類研究会
• [Presentation] Different functional roles of hox clusters in zebrafish development (2019)
  • Author(s): Yamada K, Kikuchi M, Maeno A, Araki S, Akama K, Suzuki M, Ishizaka M, Kawamura A
  • Organizer: 第25回 小型魚類研究会
• [Presentation] ゼブラフィッシュ体幹部形成におけるhoxクラスターの機能解析 (2019)
  • Author(s): 山田一哉、荒木颯、前野哲輝、菊地守道、赤間燿、弥益恭、川村哲規
  • Organizer: 第71回日本動物学会関東支部会
• [Presentation] ゼブラフィッシュ肋骨形成における体節分節性の役割の解析 (2019)
  • Author(s): 乙坂栞里、江幡奏美、赤間燿、前野哲輝、田港朝仁、弥益恭、川村哲規
  • Organizer: 第71回日本動物学会関東支部会
• [Presentation] Autoregulatory loop of tbx6 enables the Ripply-dependent posterior shift of the expression domains of tbx6 transcription and Tbx6 protein in the zebrafish presomitic mesoderm (2018)
  • Author(s): Ban H, Yokota D, Otosaka S, Kinoshita H, Fujino F, Yabe T, Ovara H, Izuka A, Akama K, Kage D, Yamasu K, Takada S, and Kawamura A
  • Organizer: 第70回日本細胞生物学会・第51回日本発生生物学会合同大会
• [Book] 動物の辞典 (2021)
  • Author(s): 末光隆志 総編集 (分担執筆）
  • Total Pages: 772
  • Publisher: 朝倉書店
  • ISBN: 9784254171662
• [Remarks] 動物の発生を司るHoxクラスターは脊椎動物の進化過程で機能が多様化した
  • URL: http://www.saitama-u.ac.jp/topics_archives/2021-0601-1152-9.html
• [Remarks] 動物の発生を司るHoxクラスターは脊椎動物の進化過程で機能が多様化した
  • URL: https://www.nig.ac.jp/nig/ja/2021/06/research-highlights_ja/pr20210607.html
• [Remarks] 埼玉大学理学部生体制御学科ホームページ
  • URL: http://seitai.saitama-u.ac.jp/index.html
• [Remarks] 埼玉大学理学部生体制御学科・ 発生生物学研究室ホームページ
  • URL: http://devbiol.seitai.saitama-u.ac.jp/
• [Remarks] 埼玉大学理学部生体制御学科・発生生物学研究室ホームページ
  • URL: http://devbiol.seitai.saitama-u.ac.jp/
• [Remarks] 埼玉大学理学部生体制御学科
  • URL: http://seitai.saitama-u.ac.jp/
• [Remarks] 埼玉大学理学部生体制御学科 発生生物学研究室
  • URL: http://devbiol.seitai.saitama-u.ac.jp/