生物形態形成の多様性と普遍性

• 研究課題/領域番号: 14GS0319
• 研究種目: 学術創成研究費
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 東北大学 (2003-2006); 奈良先端科学技術大学院大学 (2002)
• 研究代表者: 小椋 利彦 東北大学, 加齢医学研究所, 教授 (60273851)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 311,480千円 (直接経費: 256,580千円、間接経費: 54,900千円); 2006年度: 59,930千円 (直接経費: 46,100千円、間接経費: 13,830千円); 2005年度: 59,410千円 (直接経費: 45,700千円、間接経費: 13,710千円); 2004年度: 59,020千円 (直接経費: 45,400千円、間接経費: 13,620千円); 2003年度: 59,540千円 (直接経費: 45,800千円、間接経費: 13,740千円); 2002年度: 73,580千円 (直接経費: 73,580千円)
• キーワード: 発生、分化 / 脳、神経 / 遺伝子 / 進化 / ゲノム / 機械的刺激 / Tbx5 / 転写調節 / non-canonical Wnt / Tbx / 細胞骨格 / endocytosis / 細胞質-核シャトル / EphBリセプター / Tbx遺伝子 / 四肢形成 / Irx / 小脳 / 心臓発生 / 幹細胞 / ES細胞 / Tbx2 / 3 / 4 / 5 complex / 肢芽 / 心臓

研究概要

1)Tbx2/3/4/5 遺伝子群の進化と肢芽/心臓形態の進化Tbx5、Tbx4を体幹部に強制発現させることにより、異所的に上肢と下肢を誘導できた。これは、Tbx5、Tbx4が肢芽形成の最も上流で働く因子であることを意味している。一方、ニワトリやマウスを使っ使った実験から、Tbx5は左心室のidentityを確立し、Tbx5の発現境界に心室中隔形成を誘導することも明らかにした。右心室に発現するTbx20を見い出し、両遺伝子間の調節関係を証明した。Tbx2はIII指をIV指に、Tbx3はII指をIII指に形態転換させることが見い出し、両遺伝子が直接指の個性の決定に関与していることを証明した。
2)Irx2と小脳形成 Irx2は小脳原基に強く発現すること、FGF8/MAK kinaseによってリン酸化され、転写抑制因子から活性化因子に変換することを明らかにした。活性化型Irx2、あるいはFGF8とIrx2の共発現を行うことで、異所的にほぼ完全な小脳の形成を誘導することに成功した。
機械的刺激、メカニカルストレスTbx5のco-activatorの同定を行ない、MKL2を見いだした。Tbx5の転写活性化能はMKL2存在下で数百倍に上昇した。活性化型RhoA、Tbx5、MKL2の3者が存在下で転写活性は1000倍を超える極めて高い上昇を見せた。MKL2は、血清非存在下では細胞質にあり、RhoAなどを発現させると核内に集積した。細胞に伸展刺激を加えても核移行が認められた。このことは、細胞に機械的刺激が加わるとMKL2の核移行を誘導してTbx5の転写活性化を引き起こすと理解できる。
機械的刺激によって細胞内局在を変える新規因子の単離 機械的刺激によって核内へ移行する因子の単離を行ない、複数の新規遺伝子をクローニングした。これらの因子が、心臓肥大、心房心室境界部の弁形成、脂肪細胞の分化、脂肪代謝に重要な働きを持つことが明らかとなり、発生現象、成体の恒常性維持に普遍的な役割を持つことが証明できた。

研究成果

• [雑誌論文] Daam1-mediated non-canonical Wnt signaling regulates the endocytosis of EphB,the event that triggers the convergent extension movement of zebrafish notochord (2007)
  • 著者名/発表者名: Y.S.Kida, et. al.
  • 雑誌名: PNAS Vol.104 no.16 ページ: 6708-6713
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Csrpl regulates dynamic cell movements of the mesendoderm and cardiac mesoderm through interactions with Dishevelled and Diversin (2007)
  • 著者名/発表者名: Kota Y.Miyasaka, et. al.
  • 雑誌名: PNAS Vol.104 no27 ページ: 11274-11279
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Daaml-mediated non-canonical Wnt signaling regulates the endocytosis of EphB, the event that triggers the convergent extension movement of zebrafish notochord. (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. S. Kida, et. al.
  • 雑誌名: PNAS 104(16) ページ: 6708-6713
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Csrpl regulates dynamic cell movements of the mesendoderm and cardiac mesoderm through interactions with Dishevelled and Diversin. (2007)
  • 著者名/発表者名: Kota Y. Miyasaka., et. al.
  • 雑誌名: PNAS 104(27) ページ: 11274-11279
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Daam1-mediated non-canonical Wnt signaling regulates the endocytosi of EphB, the event that triggers the convergent extension movement o zebrafish notochord (2007)
  • 著者名/発表者名: Y.S.Kida et al.
  • 雑誌名: Pro.Natl.Acad.Sci. (In press)
• [雑誌論文] The Pax6 isoform bearing an alternative spliced exon promotes the development of the neural retinal structure (2005)
  • 著者名/発表者名: Azuma N, et. al.
  • 雑誌名: Hum Mol Genet 14 ページ: 735-745
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Transdifferentiation of the retinal pigment epithelia to the neural retina by transfer of the Pax6 transcriptional factor (2005)
  • 著者名/発表者名: Azuma N, et. al.
  • 雑誌名: Hum Mol Genet 14 ページ: 1059-1068
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The Pax6 isoform bearing an alternative spliced exon promotes the development of the neural retinal structure. (2005)
  • 著者名/発表者名: Azuma N., et. al.
  • 雑誌名: Hum Mol Genet. 14 ページ: 735-745
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Transdifferentiation of the retinal pigment epithelia to the neural retina by transfer of the Pax6 transcriptional factor. (2005)
  • 著者名/発表者名: Azuma N., et. al.
  • 雑誌名: Mol Genet. 14 ページ: 1059-1068
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Transdifferentiation of the retinal pigment epithelia to neural retina by transfer of the Pax6 transcriptional factor. (2005)
  • 著者名/発表者名: Azuma N et al.
  • 雑誌名: Hum Mol Genet. 14 ページ: 1059-1068
• [雑誌論文] The Pax6 isofom bearing an alternative spliced exon promotes the development of the neural retinal structure. (2005)
  • 著者名/発表者名: Azuma N et al.
  • 雑誌名: Hum Mol Genet. 14 ページ: 735-745
• [雑誌論文] The Iroquois prepattern gene Irx2 induces the complete transformation of tectum to cerebellum (2004)
  • 著者名/発表者名: Ken Matsumoto, et. al.
  • 雑誌名: Nature Neuroscience 7 ページ: 605-612
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Tbx genes specify posterior digit identity through Shh and BMP signaling (2004)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Suzuki, et. al.
  • 雑誌名: Developmental Cell 6 ページ: 43-53
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Vertebrate Crossveinless 2 is secreted and acts as a modulator of the BMP signaling cascade (2004)
  • 著者名/発表者名: Mika Kamimura, et. al.
  • 雑誌名: Developmental Dynamics 230 ページ: 434-445
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Chick Dachl interacts with Smad1 and mSin3A to control AER formation and limb development along the proximal-distal axis (2004)
  • 著者名/発表者名: Yasuyuki Kida, et. al.
  • 雑誌名: Development 131 ページ: 4179-4187
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Identification of chick and mouse Daam1 and Daam2 genes and their expression patterns in the central nervous system (2004)
  • 著者名/発表者名: Yasuyuki Kida, et. al.
  • 雑誌名: Developmental Brain Research 153 ページ: 143-150
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The Iroquois prepattern gene Irx2 induces the complete transformation of tectum to cerebellum. (2004)
  • 著者名/発表者名: Ken Matsumoto., et. al.
  • 雑誌名: Nature Neuroscience 7 ページ: 605-612
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Tbx genes specify posterior digit identity through Shh and BMP signaling. (2004)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Suzuki., et. al.
  • 雑誌名: Developmental Cell 6 ページ: 43-53
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Vertebrate Crossveinless 2 is secreted and acts as a modulator of the BMP signaling cascade. (2004)
  • 著者名/発表者名: Mika Kamimura., et. al.
  • 雑誌名: Developmental Dynamics 230 ページ: 434-445
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Chick Dachl interacts with Smadl and mSin3A formation and limb development along the proximal-distal axis. (2004)
  • 著者名/発表者名: Yasuyuki Kida., et. al.
  • 雑誌名: Development 131 ページ: 4179-4187
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Identification of chick and mouse Daaml and Daam2 genes and their expression patterns in the central nervous system. (2004)
  • 著者名/発表者名: Yasuyuki Kida., et. al.
  • 雑誌名: Developmental Brain Research 153 ページ: 143-150
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Identification of chick and, mouse Daaml and Daam2 genes and their expression patterns in the central nervous system. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kida Y.et al.
  • 雑誌名: Developmental Brain Research 153 ページ: 143-150
• [雑誌論文] Chick Dach1 interacts with Smad1 and mSin3A to control AER formation and limb development along the proximal-distal axis. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kida Y.et al.
  • 雑誌名: Development 131 ページ: 4179-4187
• [雑誌論文] Vertebrate Crossveinless 2 is secreted and acts as a modulator of the BMP signaling cascade. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kamimura M. et al.
  • 雑誌名: Developmental Dynamics 230 ページ: 434-445
• [雑誌論文] Tbx genes specify posterior digit identity through Shh and BMP signaling. (2004)
  • 著者名/発表者名: Suzuki et al.
  • 雑誌名: Developmental Cell 6 ページ: 43-53
• [雑誌論文] Tbx5 and Tbx4 trigger limb initiation through activation of the WNT/FGF signaling cascade (2003)
  • 著者名/発表者名: Jun K.Takeuchi, et. al.
  • 雑誌名: Development 130 ページ: 2729-2739
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Tbx5 specifies the left/right ventricles and ventricular septum position during cardiogenesis (2003)
  • 著者名/発表者名: Jun K.Takeuchi, et. al.
  • 雑誌名: Development 130 ページ: 5953-5964
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The canonical Wnt pathway directly regulates NRSF/REST expression in chick spinal cord (2003)
  • 著者名/発表者名: Shigeki Nishihara, et. al.
  • 雑誌名: Biocheminal and Biophysical Research Communications 311 ページ: 55-63
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Tbx5 and Tbx4 trigger limb initiation through activation of the WNT/FGF signaling cascade. (2003)
  • 著者名/発表者名: Jun K. Takeuchi., et. al.
  • 雑誌名: Development 130 ページ: 2729-2739
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Tbx5 specifies the left/right ventricles and ventricular septum position during cardiogenesis. (2003)
  • 著者名/発表者名: Jun K. Takeuchi., et. al.
  • 雑誌名: Development 130 ページ: 5953-5964
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The canonical Wnt pathway directly regulates NRSF/REST expression in chick spinal cord. (2003)
  • 著者名/発表者名: Shigeki Nishihara., et. al.
  • 雑誌名: Biocheminal and Biophysical Research Communications 311 ページ: 55-63
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Early Subdivisions in the Neural Plate Define Distinct Competence for Inductive Signals (2002)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Kobayashi, et. al.
  • 雑誌名: Development 129 ページ: 83-93
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Inhibition of Nodal signaling by Lefty mediated through interaction with common receptors and efficient diffusion (2002)
  • 著者名/発表者名: Rui Sakuma, et. al.
  • 雑誌名: Genes to Cells 7 ページ: 401-412
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] In vivo electroporation:a new frontier for gene delivery and embryology (2002)
  • 著者名/発表者名: Toshihiko Ogura
  • 雑誌名: Differentiation 70 ページ: 163-171
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Early Subdivisions in the Neural Plate Define Distinct Competence for Inductive Signals. (2002)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Kobayashi., et. al.
  • 雑誌名: Development 129 ページ: 83-93
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Inhibition of Nodal signaling by Lefty mediated through interaction with common receptors and efficient diffusion. (2002)
  • 著者名/発表者名: Rui Sakuma., et. al.
  • 雑誌名: Gene to Cells 7 ページ: 401-412
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] In vivo electroporation : a new frontier for gene delivery and embryology. (2002)
  • 著者名/発表者名: Toshihiko Ogura
  • 雑誌名: Differentiation 70 ページ: 163-197
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Transdifferentiation of the retinal pigment epithelia to the neural retina by transfer of the Pax6 transcriptional factor
  • 著者名/発表者名: Azuma et al.
  • 雑誌名: Human Molecular Genetics (In press)
• [雑誌論文] The Pax6 isoform bearing an alternative spliced exon promotes the development of the neural retinal structure.
  • 著者名/発表者名: Azuma et al.
  • 雑誌名: Human Molecular Genetics (In press)
• [図書] 転写因子と形態形成--細胞外シグナルの核内への伝達と器官形成の制御-- (2004)
  • 著者名/発表者名: 木田泰之, 小椋利彦
  • 総ページ数: 7
• [文献書誌] Jun K.Takeuchi et al.: "Tbx5 and Tbx4 trigger limb initiation through activation of the WNT/FGF signaling cascade."Development. 130. 2729-2739 (2003)
• [文献書誌] Jun K.Takeuchi et al.: "Tbx5 specifies the left/right ventricles and ventricular septum position during cardiogenesis."Development. 130. 5953-5964 (2003)
• [文献書誌] Shigeki Nishihara et al.: "The canonical Wnt pathway directly regulates NRSF/REST expression in chick spinal cord."Biochemical and Biophysical Research Communications. 311. 55-63 (2003)
• [文献書誌] Takayuki Suzuki et al.: "Tbx Genes Specify Posterior Digit Identity through Shh and BMP Signaling."Developmental Cell. 6. 43-53 (2004)
• [文献書誌] Ken Matsumoto et al.: "The Iroquois prepattern gene Irx2 induce the complete transformation of tectum cerebellum."Nature Neuroscience. (in press).
• [文献書誌] Mika Kamimura et al.: "Vertebrate crossveinless 2 is secreted and acts as a modulator of the BMP signaling cascade."Developmental Dynamics. (in press).
• [文献書誌] Toshihiko Ogura: "In vivo electroporation : a new frontier for gene delivery and embryology"Differentiation. 70(4-5). 163 (2002)
• [文献書誌] Rui Sakuma et al.: "Inhibition of Nodal signaling by Lefty mediated through interaction with common receptors and efficient diffusion"Genes to Cells. 7(4). 401 (2002)
• [文献書誌] Daisuke Kobayashi et al.: "Early Subdivisions in the Neural Plate Define Distinct Competence for Inductive Signals"Development. 129. 83 (2002)
• [文献書誌] Jun K.Takeuchi et al.: "Tbx5 and Tbx4 trigger limb initiation through activation of the WNT/FGF signaling cascade"Development. (in press).
• [文献書誌] 小椋 利彦: "Tbx遺伝子と肢芽形成誘導"整形・災害外科. 43(1). 2 (2003)