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昆虫クチクラに複数体節をまたぐ「切取り線」を形成するメカニズム

Research Project

Project/Area Number 18K06243
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 44020:Developmental biology-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

小嶋 徹也  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (80262153)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords昆虫 / クチクラ / 切取り線 / 囲蛹殻 / 羽化 / 脱皮 / Notch / Gld / thawb / ショウジョウバエ
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、ショウジョウバエの羽化時に開裂する囲蛹殻の「切取り線」であるoperculum ridge (OR)について、Notchシグナルを中心に解析することで、昆虫に必要なクチクラの「切取り線」をつくる構造的・時間的・空間的なメカニズムの解明を目指している。
OR領域で局在が消失するCuticular protein 11A (Cpr11A)について、Cpr11A遺伝子のプロモーター下でRFP遺伝子が発現する系統を用いてCpr11A遺伝子の発現を調べたところ、遺伝子発現そのものがOR直下の細胞で抑制されていることが明らかとなった。また、Cpr11Aタンパク質と相互作用すると考えられているTubby (Tb)タンパク質の局在のTb-GFP系統を用いた観察により、Cpr11Aとは異なり、Tbタンパク質の局在変化は見られなかった。これらのことから、OR領域でのクチクラ・タンパク質の局在パターン制御の複雑性が示唆された。
NotchシグナルのリガンドであるSerrate (Ser)がOR直下の細胞でのNotchシグナルの活性化に重要であることを見出していたが、Serのプロモーター下でGAL4を発現する系統がつくられたので、この系統を用いてSerの発現パターンを観察したところ、1齢幼虫初期にはOR領域よりも背側で体節毎の緩いストライプ上の発現をしており、それがステージが進むにつれて徐々にORにそった発現パターンに変化することがわかった。さらに、Serのゲノムの一部を持つGAL4系統を用いて解析したところ、前端部のORに沿った発現は他の部分の発現とは異なる制御を受けており、OR形成過程におけるSerの発現制御は、複数の発現制御領域によって実現されていることが示唆された。
また、 Gld活性染色により、コオロギでも「切取り線」でGldが活性化していることが明らかとなった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

2020年度は、クチクラ・タンパク質のうち、Gldでもその局在が制御されていることを前年度までに明らかにしたCpr11Aタンパク質について、タンパク質の局在だけでなく、その遺伝子の発現パターンの解析をすることにより、ORでのクチクラ・タンパク質の特別な局在には、少なくとも遺伝子そのものの発現制御も関与していることが示唆され、ORでのクチクラ・タンパク質の局在パターンの制御機構についての理解を一層深めることがてきた。
コオロギにおけるGldの活性染色により、コオロギの脱皮の際の「切取り線」の形成過程の少なくとも一部は、ショウジョウバエのOR形成過程と共通しており、OR形成メカニズムが進化的に保存されたものである可能性を示唆することができた。
さらに、Serの発現パターンを解析することができるようになり、確かにOR直下の細胞でのNotchシグナルの活性化に密接に関連する発現パターンであることが明らかにできた。

Strategy for Future Research Activity

2020年度までの結果を踏まえ、クチクラ・タンパク質の遺伝子の発現制御に関してNotchシグナルおよびGldがどのように関与するのかを明らかにすることで、OR領域での特殊なクチクラ・タンパク質の局在パターンが実現するメカニズムを明らかにする。
また、コオロギの切取り線の構造をキチン染色などで詳細の観察する一方、GldやNotchシグナルで働く遺伝子のRNAiによる機能阻害を行って、それらの遺伝子が実際にコオロギの「切取り線」形成に働くのかどうかを明らかにする。
さらに、Serの発現制御について、時空間的により詳細に観察することによって、その発現の変化とOR形成との係わり、Serの発現を制御するメカニズムを明らかにして、ORを形成する位置を決めるメカニズムに迫りたい。

Report

(3 results)
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report

Research Products

(5 results)

All 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] A corset function of exoskeletal ECM promotes body elongation in Drosophila2021

    • Author(s)
      Reiko Tajiri, Haruhiko Fujiwara, Tetsuya Kojima
    • Journal Title

      Communications Biology

      Volume: 4 Pages: 1-13

    • DOI

      10.1038/s42003-020-01630-9

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Mechanism for shaping the tarsal segment of the adult leg in Drosophila2020

    • Author(s)
      Shotaro Hiraiwa, Ryuhei Hayashi, Koyo Suzuki, Reiko Tajiri and Tetsuya Kojima
    • Organizer
      5th Asia Pacific Drosophila Research Conference
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ショウジョウバエ囲蛹殻におけるoperculum ridge形成に関わる分子機構の解析2019

    • Author(s)
      貝原 侑弥、平野 彩花、田尻 怜子、小嶋 徹也
    • Organizer
      第42回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] ショウジョウバエ囲蛹殻の「切取り線」である operculum ridge の形成メカニズム2018

    • Author(s)
      平野 彩花・田尻 怜子・小嶋 徹也
    • Organizer
      第54回日本節足動物発生学会大会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] Mechanism for shaping the tarsal segment of the adult leg in Drosophila2018

    • Author(s)
      Ryuhei Hayashi, Koyo Suzuki , Reiko Tajiri and Tetsuya Kojima
    • Organizer
      the 13th Japanese Drosophila Research Conference
    • Related Report
      2018 Research-status Report

URL: 

Published: 2018-04-23   Modified: 2021-12-27  

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