ゲノム編集技術応用によるシス制御因子駆動型進化メカニズムの実験検証

• 研究課題/領域番号: 15H04408
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 進化生物学
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 隅山 健太 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, ユニットリーダー (00370114)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円); 2017年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2016年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円); 2015年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
• キーワード: シス因子 / 進化 / ゲノム編集 / Dlx遺伝子 / エンハンサー / 発現制御 / 発生分化 / 発生・分化

研究成果の概要

ゲノム内在性のtoolkit遺伝子の周辺領域にシス因子を人為的に獲得させ遺伝子の発現進化を引き起こすことが可能かどうかを実験的に検証した。Dlx3/4遺伝子クラスターをモデル系とし、異所性エンハンサーノックインマウスを作製したところ、Dlx3/4遺伝子発現が増加している事を示す結果が得られた。異所性エンハンサーの適切な位置へのノックインによりターゲット遺伝子発現変更が実現できたと考えられた。また、ノックインのための効率の良いゲノム編集プロトコールが確立できた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

これまで有力な仮説とされてきたシス因子の新規獲得による遺伝子発現量変化の進化が実際に容易に可能であることを、適切な位置でのエンハンサーノックイン実験を行うことで示すことができた。制御配列により進化が駆動しうることが示されたことで、進化メカニズムの理解が進む事が期待できる。また進化の理解だけで無く、その原理を応用することで新しい有用生物作製の方法論へ発展することも期待され、新規技術開発のシードとなる可能性がある。

研究成果

• [雑誌論文] Expression of plasma membrane calcium ATPases confers Ca2+/H+ exchange in rodent synaptic vesicles (2019)
  • 著者名/発表者名: Ono Yoshiyasu、Mori Yasunori、Egashira Yoshihiro、Sumiyama Kenta、Takamori Shigeo
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 1-17
  • DOI: 10.1038/s41598-019-40557-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Easy and efficient production of completely embryonic-stem-cell-derived mice using a micro-aggregation device (2018)
  • 著者名/発表者名: Sumiyama Kenta、Matsumoto Naomi、Gar?on-Yoshida Junko、Ukai Hideki、Ueda Hiroki R.、Tanaka Yo
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 13 号: 9 ページ: e0203056-e0203056
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0203056
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Muscarinic Acetylcholine Receptors Chrm1 and Chrm3 Are Essential for REM Sleep (2018)
  • 著者名/発表者名: Niwa Yasutaka、Kanda Genki N.、Yamada Rikuhiro G.、Shi Shoi、Sunagawa Genshiro A.、Ukai-Tadenuma Maki、Fujishima Hiroshi、Matsumoto Naomi、Masumoto Koh-hei、Nagano Mamoru、Kasukawa Takeya、Galloway James、Perrin Dimitri、Shigeyoshi Yasufumi、Ukai Hideki、Kiyonari Hiroshi、Sumiyama Kenta、Ueda Hiroki R.
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 24 号: 9 ページ: 2231-2247.e7
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2018.07.082
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Modulation of apical constriction by Wnt signaling is required for lung epithelial shape transition. (2017)
  • 著者名/発表者名: Fumoto, K., Takigawa-Imamura, H., Sumiyama, K., Kaneiwa, T., and Kikuchi, A.
  • 雑誌名: Development 巻: 144 ページ: 151-162
  • DOI: 10.1242/dev.141325
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Intravital Forster resonance energy transfer imaging reveals osteopontin‐mediated polymorphonuclear leukocyte activation by tumor cell emboli (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuji Kamioka, Kanako Takakura, Kenta Sumiyama, Michiyuki Matsuda
  • 雑誌名: Cancer Science 巻: 108(2) 号: 2 ページ: 226-235
  • DOI: 10.1111/cas.13132
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Triple-target CRISPR enabled almost perfect whole-body bi-allelic knockouts at first generation (2018)
  • 著者名/発表者名: Kenta Sumiyama
  • 学会等名: Genome Editing Towards Medicinal Applications, 第9回武田科学振興財団薬科学シンポジウム, 武田薬品研修所, 吹田市
• [学会発表] 初代マウスで表現型解析可能なゲノム編集技術の開発と進化学研究への応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 隅山 健太
  • 学会等名: 第５回ケモビ研究会, KKRホテル熱海
• [学会発表] Inferring ancestral state before WGD from enhancers and CTCF/cohesin loops in developmental genes. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kenta Sumiyama
  • 学会等名: SMBE 2018 at Yokohama: 50th anniversary of the neutral theory of molecular evolution, パシフィコ横浜
• [学会発表] ゲノム重複前の脊椎動物表現型を推定する新しい試み (2018)
  • 著者名/発表者名: 隅山 健太
  • 学会等名: シンポジウムS5：Basal lineage は「原始的」か？~生物界と分野を超えて 日本進化学会第20回大会, 東京大学駒場Ⅰキャンパス, 東京
• [学会発表] Genome editing for synthetic biology (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenta Sumiyama
  • 学会等名: Scientific meeting <Evolutionary Genomics: Themes and Variations>, National Institute of Genetics, Mishima
  • 招待講演
• [学会発表] トリプル CRISPR 法による第一世代での両アリル完全ノックアウトマウス作製 (2017)
  • 著者名/発表者名: 隅山 健太、砂川 玄志郎、鵜飼(蓼沼)磨貴、ディミトリー ぺリン、上田 泰己
  • 学会等名: 第64回日本実験動物学会総会、ビッグパレットふくしま、郡山市
• [学会発表] トリプル CRISPR 法による第一世代での両アリル完全ノックアウトマウス作製 (2017)
  • 著者名/発表者名: 隅山 健太
  • 学会等名: 第30回モロシヌス研究会、ホテルグリーンピア南阿蘇、熊本県南阿蘇村
• [学会発表] トリプル CRISPR 法による第一世代での両アリル完全ノックアウトマウス作製 (2017)
  • 著者名/発表者名: 隅山 健太
  • 学会等名: 日本ゲノム編集学会第２回大会、千里ライフサイエンスセンター、大阪府豊中市
• [学会発表] Dlx4遺伝子の進化学的解析とゲノム編集による実験検証 (2017)
  • 著者名/発表者名: 隅山 健太
  • 学会等名: 日本進化学会第19回大会、京都大学吉田キャンパス、京都市
• [学会発表] 遺伝子改変マウスを用いた非コード領域の進化的研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 隅山 健太
  • 学会等名: 日本遺伝学会第89回大会、岡山大学津島キャンパス、岡山市
  • 招待講演
• [学会発表] Triple-target CRISPR enabled almost perfect whole-body bi-allelic knockouts at first generation (2016)
  • 著者名/発表者名: Kenta Sumiyama
  • 学会等名: JSDB Special Symposium: Frontier of Developmental Biology Hosted by JSDB
• [学会発表] トリプルCRISPR 法による第一世代での両アリル完全ノックアウトマウス作製 (2016)
  • 著者名/発表者名: 隅山 健太，砂川 玄志郎，鵜飼（蓼沼） 磨貴，ディミトリー ペリン，上田 泰己
  • 学会等名: 第68回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] トリプルCRISPR 法による第一世代での両アリル完全ノックアウトマウス作製 (2016)
  • 著者名/発表者名: 隅山 健太，砂川 玄志郎，鵜飼（蓼沼） 磨貴，ディミトリー ペリン，上田 泰己
  • 学会等名: 第６回 Tokyo Vertebrate Morphology Meeting
• [学会発表] トリプルCRISPR 法による第一世代での両アリル完全ノックアウトマウス作製 (2016)
  • 著者名/発表者名: 隅山 健太，砂川 玄志郎，鵜飼（蓼沼） 磨貴，ディミトリー ペリン，上田 泰己
  • 学会等名: 日本遺伝学会第88回大会
  • 招待講演
• [学会発表] 哺乳類Dlx遺伝子クラスターにおけるシス制御因子の機能解析と進化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 隅山 健太
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Genome editing technologies for gene knockout phenotyping on founder mice (2015)
  • 著者名/発表者名: Kenta Sumiyama
  • 学会等名: 合成生物学の現在と未来 The present and the future of synthetic biology, RIKEN Symposium
  • 発表場所: RIKEN KOBE CDB, 兵庫県神戸市
  • 年月日: 2015-12-03
  • 招待講演
• [備考] 高速ゲノム変異マウス作製支援ユニット・独自の発生工学技術を開発し、ゲノム機能発現・進化の謎に迫る
  • URL: http://www.bdr.riken.jp/jp/research/labs/sumiyama-k/index.html