ホヤ初期胚の細胞運命決定機構

• Project/Area Number: 21H02486
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 44020:Developmental biology-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 佐藤 ゆたか 京都大学, 理学研究科, 准教授 (40314174)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000); Fiscal Year 2023: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2022: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2021: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
• Keywords: ホヤ / 遺伝子調節ネットワーク / Zic / Foxd / 初期発生

Outline of Research at the Start

動物の発生における遺伝子発現の問題は精力的に研究され、遺伝子調節ネットワーク構造（遺伝子間の相互依存関係）の解析へと発展してきた。しかしなお、胚内で確立される多様な遺伝子発現を実験や計算によってまるごと再現するレベルには至っていない。ホヤ初期胚の遺伝子調節ネットワーク構造構造はすでにほぼ完全に明らかになっているので、その動態を理解し、将来的にはそれを計算機上で再現することを目標としたい。動態の理解には経験則的に妥当と思われている仮定を実証することが必要である。これらの実証はホヤのみならず生物一般に通じる重要な問題を解き明かすことになると予想される。

Outline of Annual Research Achievements

多細胞生物の発生においてつくりだされる多様な遺伝子発現パターンは遺伝子調節ネットワークの働きによるものである。ネットワーク構造の理解は進んだが、その動態の理解は進んでいない。私のグループでは、ゲノムと胚の構造が単純なホヤを用いて遺伝子調節ネットワークの動態を細胞の単位で解析し、３２細胞期までの胚全体のネットワーク動態を計算機上で再現することに成功している。その再現においては、経験則的な仮定を置いているのでそうした仮定の実証を進める。具体的には次の三つの課題に取り組む。（１）明確な結合配列がその標的の調節領域にない転写因子について、一部は複数のモチーフを認識する可能性の検証。（２）受精後一定時間たってから胚性ゲノムからの転写が始まるというZygotic genome activationの分子機構の理解。（３）遺伝子調節ネットワーク動態が不連続に進行する背景にある分子機構。
（１）については令和３年度までにほぼ完了したが、内容を発展させ、複数モチーフを認識するZicタンパク質の関与する神経系・中胚葉系の分化機構についての解析をおこなった。特に筋肉の分化においては、Zicが細胞分裂の調節をおこなっていることを明らかにした。（２）については、初期胚で新しく転写される遺伝子を網羅的に同定し、その転写に影響を与える母性因子を絞り込んだ。（３）について、Foxd mRNAの動態をRNAscope法によって定量的に観察し、タンパク質の挙動と比較解析をおこなった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

材料調達の問題で、幾分かの遅れが出たが、全体としては、予定している三つの課題について、順調に実験が進行している。

Strategy for Future Research Activity

このまま予定通り進めていく。

Research Products

• [Journal Article] BMP signaling is required to form the anterior neural plate border in ascidian embryos (2023)
  • Author(s): Liu Boqi、Ren Ximan、Satou Yutaka
  • Journal Title: Development Genes and Evolution Volume: 233 Issue: 1 Pages: 13-23
  • DOI: 10.1007/s00427-023-00702-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Regulators specifying cell fate activate cell cycle regulator genes to determine cell numbers in ascidian larval tissues. (2022)
  • Author(s): Kobayashi, K., Tokuoka, M., Sato, H., Ariyoshi, M., Kawahara, S., Fujiwara, S., Kishimoto, T., Satou, Y.
  • Journal Title: Development Volume: 149 Issue: 22
  • DOI: 10.1242/dev.201218
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A Manually Curated Gene Model Set for an Ascidian, Ciona robusta (Ciona intestinalis Type A) (2022)
  • Author(s): Satou Yutaka、Tokuoka Miki、Oda-Ishii Izumi、Tokuhiro Sinichi、Ishida Tasuku、Liu Boqi、Iwamura Yuri
  • Journal Title: Zoological Science Volume: 39 Issue: 3
  • DOI: 10.2108/zs210102
  • NAID: 210000188929
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Tbx15/18/22 shares a binding site with Tbx6-r.b to maintain expression of a muscle structural gene in ascidian late embryos (2022)
  • Author(s): Yu Deli、Iwamura Yuri、Satou Yutaka、Oda-Ishii Izumi
  • Journal Title: Developmental Biology Volume: 483 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2021.12.012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Two distinct motifs for Zic-r.a drive specific gene expression in two cell lineages (2021)
  • Author(s): Oda-Ishii Izumi、Yu Deli、Satou Yutaka
  • Journal Title: Development Volume: 148 Issue: 11
  • DOI: 10.1242/dev.199538
  • NAID: 120007089266
  • Peer Reviewed
• [Presentation] The gene regulatory system in 32-cell embryos / the developmental program for muscle fate specification / new genome assemblies for Ciona (2022)
  • Author(s): Yutaka Satou
  • Organizer: 11th International Tunicate Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] カタユウレイボヤ胚の神経板境界に位置する多分化能を有する細胞の分化機構の解析 (2022)
  • Author(s): 石田祐，佐藤ゆたか
  • Organizer: 日本動物学会 第93回大会