予定中脳後脳境界領域形成における神経化と初期パターン形成の分子機構の解析

• 研究課題/領域番号: 16370076
• 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: 分子生物学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 平良 眞規 東京大学, 大学院理学系研究科, 助教授 (60150083)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 15,500千円 (直接経費: 15,500千円); 2005年度: 7,100千円 (直接経費: 7,100千円); 2004年度: 8,400千円 (直接経費: 8,400千円)
• キーワード: 脊椎動物 / アフリカツメガエル / 初期発生 / 神経化 / パターン形成 / 中脳後脳境界領域 / 転写因子 / XHR1 / ツメガエル

研究概要

脊椎動物の胚発生における神経化と初期パターン形成の分子メカニズムを明らかにするため、予定中脳後脳境界(MHB)領域に特異的に発現するbHLH型転写抑制因子XHR1の機能解析と発現調節機構の解析を行い、以下の2点を明らかにした。
1)機能解析: XHR1の標的遺伝子候補として同定されたbHLH型転写抑制因子ESR1に関して、XHR1-VP16-GRによるタンパク質合成阻害因子下における活性化実験、XHR1とESR1の過剰発現実験、およぴアンチセンスモルフォリーノオリゴによるXHR1の機能阻害実験を行った。その結果、ESR1はXHR1の直接の標的遺伝子であり、XHR1はESR1の発現抑制に必要十分であること、ESR1の過剰発現によってMHB遺伝子であるPax2の発現が抑制されたことから、XHR1によるESR1の発現抑制がMHBの領域化に重要であることが示唆された。さらにXHR1はESR1と異なりNotchでは活性化されず、またニューロン形成に関わるneurogenin、Deltaの発現も直接抑制することから、XHR1はニューロン分化におけるプリパターン遺伝子として働くと考えられる。
2)発現調節機構の解析:2倍体のXenopus tropicalisのXHR1遺伝子(XtHR1)の翻訳領域にレポーター遺伝子を挿入し作成した全長約25kbのコンストラクトはXHR1の発現を再現した。そこでその欠失コンストラクトを、DNA顕微注入法あるいは精子核移植法を用いて胚へ導入し発現制御領域の検討を行った。その結果、原腸胚初期の予定MHB領域に発現をもたらす領域(初期エンハンサー・モジュー、EEMと命名)と尾芽胚期のMHB領域に発現をもたらす領域(後期エンハンサー・モジュール、LEMと命名)を見出した。EEMは神経化因子と後方化因子WntとFGFに反応することから、これらのシグナルを統合する制御領域であると考えられる。このEEMの反応性は内在性XHR1の反応性と良い対応を示した。したがってオーガナイザーによる神経誘導作用と後方化因子によるパターン形成がEERを介してXHR1の予定MHB領域での発現を引き起こすことを示唆している。
以上より、神経化と初期パターン形成によりXHR1が発現を開始する分子機構、およぴそのプリパターンにより規定された予定MHB領域から脳のオーガナイジングセンターのMHBが形成されるまでの分子カスケードの一端が明らかとなった。

研究成果

• [雑誌論文] Identification of target genes for the Xenopus Hes-related protein XHR1, a prepattern factor specifying the midbrain-hindbrain boundary (2005)
  • 著者名/発表者名: Takada, H., Hattori, D., Kitayama, A., Ueno, N., Taira, M.
  • 雑誌名: Dev. Biol. 283 ページ: 253-267
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Identification of target genes for the Xenopus Hes-related protein XHR1, a prepattern factor specifying the midbrain-hindbrain boundary (2005)
  • 著者名/発表者名: Takada, H., Hattori, D., Kitayama, A., Ueno, N., Taira, M.
  • 雑誌名: Dev.Biol. 283 ページ: 253-267
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Identification target genes for the Xenopus Hes-related protein XHR1, a prepattern factor specifying the midbrain-hindbrain boundary (2005)
  • 著者名/発表者名: Hitomi Takada
  • 雑誌名: Dev.Biol. 283 ページ: 253-267
• [雑誌論文] Role of Crescent in convergent extension movements by modulating Wnt signaling in early Xenopus embryogenesis (2005)
  • 著者名/発表者名: Mikihito Shibata
  • 雑誌名: Mech.Dev. 122 ページ: 1322-1339
• [雑誌論文] Systematic screening for genes specifically expressed in the anterior neuroectoderm during early Xenopus development (2005)
  • 著者名/発表者名: Noriyuki Takahashi
  • 雑誌名: Int.J.Dev.Biol. 49 ページ: 939-951
• [雑誌論文] Expression patterns of Xenopus FGF receptor-like 1/nou-darake in early Xenopus development resemble those of planarian nou-darake and Xenopus FGF8 (2004)
  • 著者名/発表者名: S.Hayashi, M.Itoh, S.Taira, K.Agata, M.Taira
  • 雑誌名: Dev.Dyn. 230 ページ: 700-707
• [雑誌論文] Cellular FLIP inhibits beta-catenin ubiquitylation and enhances Wnt signaling (2004)
  • 著者名/発表者名: Naito, M., Katayama, R., Ishioka, T., Suga, A., Takubo, K., Nanjo, M.et al.
  • 雑誌名: Mol.Cell.Biol. 24 ページ: 8418-8427
• [雑誌論文] Excision of the Tol2 transposable element of the medaka fish Oryzias latipes in Xenopus laevis and Xenopus tropicalis (2004)
  • 著者名/発表者名: Kawakami, K., Imanaka, K., Itoh, M., Taira, M.
  • 雑誌名: Gene 338 ページ: 93-98
• [図書] 細胞生物学事典(項目 : エンハンサー、基本転写因子、転写、転写調節因子、プロモーター) (2005)
  • 著者名/発表者名: 平良眞規
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: 朝倉書店
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] 細胞生物学事典 (2005)
  • 著者名/発表者名: 平良眞規
  • 総ページ数: 16
  • 出版者: 朝倉書店
• [図書] 改訂RNAi実験プロトコール(分担執筆:アフリカツメガエル) (2004)
  • 著者名/発表者名: 平良眞規, 伊藤万里
  • 総ページ数: 12
  • 出版者: 羊土社