細胞運命決定のタイミングを制御する分子タイマーの実体と時間制御機構
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18K06254
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 44020:Developmental biology-related
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| Research Institution | Osaka University (2019)
Kyoto University (2018) |
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Principal Investigator |
下條 博美 大阪大学, 生命機能研究科, 助教 (40512306)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2019)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | 細胞分化 / 神経発生 / 神経幹細胞 / 遺伝子発現動態 / ライブイメージング / 光遺伝学 / 神経分化 / Neurogenin / 細胞運命決定 / 分子タイマー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
神経発生過程は、幹細胞増殖期、ニューロン産生期、グリア細胞産生期の順に起こる。正確な神経発生過程のためには、各時期の移行のタイミングの制御が重要であるが、その分子機構については不明な点が多い。転写因子Hes1の発現は神経幹細胞で振動しており、その標的遺伝子であるNeurogenin2 (Neurog2)の発現も振動していた。さらにニューロン分化が引き起こされると、Hes1の発現が低下しNeurog2の発現が持続発現した。プロニューラル遺伝子Neurog2は、振動発現している時にはニューロン分化を誘導せず、持続発現することで分化を引き起こすこと、つまりNeurog2の発現動態の切り替わりが、ニューロン分化のタイミングを制御する上で重要であることが考えられた。Neurog2の持続発現はHes1の発現低下によって引き起こされるが、神経分化過程においてHes1発現の低下が引き起こされる機構についてはよく分かっていない。
私たちはこれまでにリアルタイムイメージングを用いて、神経幹細胞においてNeurog2の振動発現に伴って下流遺伝子Tbr2が徐々に蓄積していくこと、Tbr2がHes1プロモーターを抑制することを明らかにした。このことから、Neurog2パルスによって誘導されたTbr2がHes1の発現低下を引き起こし、Neurog2の持続発現とニューロン分化を引き起こすことが考えられた。そこで光遺伝学を用いてNeurog2の振動発現を作り出しTbr2の発現を調べるとTbr2は蓄積を引き起こし、Tbr2を光誘導するとHes1の発現低下が引き起こされることが明らかとなった。さらに神経幹細胞からのニューロン分化のタイミング制御におけるTbr2の機能を明らかにするためにTbr2変異マウスの解析を行い、ニューロン分化のタイミングの変化や分裂様式の変化を解析している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
神経幹細胞からのニューロン分化のタイミング制御におけるTbr2の機能を明らかにするために、神経幹細胞におけるTbr2の発現動態の解析、Tbr2変異マウスにおけるニューロン分化のタイミングの変化、分裂様式の変化の解析を行っている。神経幹細胞におけるTbr2の発現動態については、Tbr2レポーターマウス（Tbr2-Nlucトランスジェニックマウス、Tbr2-mScarlet-lノックインマウス）を用いて神経幹細胞の分散培養および終脳皮質のスライスカルチャーを行い解析を行っている。細胞分化のタイミングを同時にモニターするために、Hes1レポーターマウス（pHes1-d2EGFPトランスジェニックマウス）とかけ合わせ、Tbr2の発現とHes1との発現を同時にモニターする。Hes1陽性の神経幹細胞におけるTbr2タンパクの発現動態、特に細胞分裂前後のTbr2の発現に着目し解析を行っている。Tbr2の発現量、発現動態とHes1発現レベル、さらにHes1発現に表される細胞運命との相関を明らかにする。分散培養における解析はほぼ終了し、スライスカルチャーでの解析を重点的に行う。
さらに運命決定のタイミング制御におけるTbr2タンパクの機能を明らかにするために、Tbr2変異マウスの解析を行う。Tbr2 floxedマウスにNestin-CreERT2マウスをかけ合わせ、タモキシフェンの投与時期を調整することで神経幹細胞におけるTbr2の機能解析を行う。現在サンプル回収および解析を進めているところであり、分裂細胞の数の変化、分裂様式変化、幹細胞および分化マーカーの発現変化を免疫組織化学法、in-situハイブリダイゼーション法、定量PCR法を用いて解析中である。概ね順調に解析が進められている。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに確立した遺伝子発現の光誘導の系を用いてTbr2の発現量を厳密にコントロールし、Hes1発現低下を引き起こすTbr2の発現量を明らかにすると共に、Tbr2が十分量発現するためのNeurog2パルスの回数やNeurog2発現動態の条件を検討する。これらの定量データをもとに、時間経過の情報を運命決定因子の量へと変換し、分化のタイミングを制御する機構を表す数理モデルを構築する。また、細胞分裂前後におけるTbr2の発現動態の解析およびTbr2変異マウスの解析が十分に検討されたのち、本研究課題の内容を学術論文へとまとめ投稿する予定である。
さらに、Neurog2の発現動態の違いによって引き起こされる細胞運命の違いを明らかにするために、光遺伝学や各種レポーターマウスを用いて、Neurog2の異なる発現動態によって誘導される下流遺伝子群の違いを明らかにする。上流因子の異なる発現動態に反応する機構を明らかにすることで、同一遺伝子の動態の違いによって制御される遺伝子発現制御機構、細胞運命決定制御機構を明らかにする。
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Report
(2 results)
Research Products
(15 results)
