再生に応答して活性化するゲノム領域から迫る再生能を失うまでの進化プロセスの解明

• 研究課題/領域番号: 16K07362
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 発生生物学
• 研究機関: 山形大学
• 研究代表者: 越智 陽城 山形大学, 医学部, 准教授 (00505787)
• 研究分担者: 横山 仁 弘前大学, 農学生命科学部, 准教授 (90455816)
• 研究協力者: 鈴木 菜花
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2017年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 非コードDNA / 再生シグナル応答エンハンサー / シス調節配列 / エンハンサー / 遺伝子発現制御 / エピゲノム / ネッタイツメガエル / アフリカツメガエル / ゲノム / 非コードDNA領域 / 再生 / 進化プロセス / 器官再生 / シス調節領域 / 再生シグナル / 発現制御 / 発生・分化 / 遺伝子 / 再生医学

研究成果の概要

本研究では、両生類の腎尿細管の再生をモデルにして、その再生過程で発現が亢進するLhx1遺伝子の発現を再生中の細胞でオンにするエンハンサー(再生シグナル応答エンハンサー)が、再生能の高い動物だけでなく再生能の低い哺乳類でも保存されていること、その活性化は、転写因子Arid3aが結合することにより、Arid3aがヒストンH3タンパク質の9番目のリジン残基のトリメチル基 (H3K9me3)を脱メチル化する酵素Kdm4aを呼び込み、エンハンサーのエピゲノム状態を変えることが重要であることを発見した。また、Arid3aの働きを阻害すると腎管 の再生が起こらないことを明らかとした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

進化の過程で両生類や魚類が再性能を獲得したのか、ほ乳類が再生能を失ったのか、これまでのところ、この問いに直接的な答えとなる分子実体を示した研究はなかった。一方で、ゲノムの比較解析と遺伝子の機能の解析からは、発生再生に関わる遺伝子は、その種類、数、機能が、進化的に高度に保存されていることが示されている。本研究により、再生を制御する遺伝子のみならず、その遺伝子の発現をオンにする調節配列も進化的に保存されていることと、その活性化メカニズムが明らかとなった。この発見は、ほ乳類においてその働きが抑制されていると予想されるシステムの解除による組織再生技術へと繋がる点において今後の発展の可能性が高い。

研究成果

• [雑誌論文] Arid3a regulates nephric tubule regeneration via evolutionarily conserved regeneration signal-response enhancers (2019)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Nanoka、Hirano Kodai、Ogino Hajime、Ochi Haruki
  • 雑誌名: eLife 巻: 8
  • DOI: 10.7554/elife.43186
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Reactivation of larval keratin gene (krt62.L) in blastema epithelium during Xenopus froglet limb regeneration. (2017)
  • 著者名/発表者名: Satoh A, Mitogawa K, Saito N, Suzuki M, Suzuki KT, Ochi H, Makanae A.
  • 雑誌名: Developmental Biology 巻: 432 号: 2 ページ: 265-272
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2017.10.015
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Co-accumulation of cis-regulatory and coding mutations during the pseudogenization of the Xenopus laevis homoeologs six6.L and six6.S. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ochi H, Kawaguchi A, Tanouchi M, Suzuki N, Kumada T, Iwata Y, Ogino H.
  • 雑誌名: Developmental Biology 巻: 427 号: 1 ページ: 84-92
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2017.05.004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Asymmetrically reduced expression of hand1 homeologs involving a single nucleotide substitution in a cis-regulatory element. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ochi, H., Suzuki, N., Kawaguchi, A. and Ogino, H.
  • 雑誌名: Dev. Biol. 巻: 425 号: 2 ページ: 152-160
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2017.03.021
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Conservatism and variability of gene expression profiles among homeologous transcription factors in Xenopus laevis. (2017)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, M., Yasuoka, Y., Mawaribuchi, S., Kuretani, A., Ito, M., Kondo, M., Ochi, H., Ogino, H., Fukui, A., Taira, M. and Kinoshita, T.
  • 雑誌名: Dev. Biol. 巻: 426 号: 2 ページ: 301-324
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2016.09.017
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genes coding for Cyclin-dependent Kinase Inhibitors are Fragile in Xenopus. (2017)
  • 著者名/発表者名: Toshiaki Tanaka*, Haruki Ochi, Shuji Takahashi, Naoto Ueno, and Masanori Taira.
  • 雑誌名: Developmental Biology 巻: 印刷中 号: 2 ページ: 30055-0
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2016.06.019
  • NAID: 120006605591
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Genome evolution in the allotetraploid frog Xenopus laevis (2016)
  • 著者名/発表者名: Session AM, Uno Y, Kwon T, Chapman JA, Toyoda A et al.
  • 雑誌名: Nature 巻: 538 号: 7625 ページ: 336-343
  • DOI: 10.1038/nature19840
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Novel Cysteine Knot Protein for Enhancing Sperm Motility That Might Facilitate the Evolution of Internal Fertilization in Amphibians. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yokoe M, Takayama-Watanabe E, Saito Y, Kutsuzawa M, Fujita K, Ochi H, Nakauchi Y, Watanabe A1
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 11 号: 8 ページ: 1-13
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0160445
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 再生シグナル応答エンハンサー ~活性化メカニズムと進化的保存性の意味~ (2019)
  • 著者名/発表者名: 越智陽城
  • 学会等名: 動物学会関東支部大会 公開シンポジウム 挑戦する両生類: カエル・イモリを使った研究の最前線 オーガナイザー
  • 招待講演
• [学会発表] AT-rich interaction domain 3A regulates the regeneration of the nephric duct through the evolutionary conserved regeneration signal response enhancer (2018)
  • 著者名/発表者名: Suzuki N, Ogino H, Ochi H
  • 学会等名: 17th International Xenopus Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Arid3a regulates the nephric tubule regeneration via the evolutionarily conserved regeneration signal-response enhancer (2018)
  • 著者名/発表者名: Suzuki N, Hirano K, Ogino H, Ochi H
  • 学会等名: 第12回日本ツメガエル研究集会・第4回次世代両生類研究会 合同シンポジウム
• [学会発表] ツメガエルを用いたゲノム進化研究とリソース事業について (2018)
  • 著者名/発表者名: 荻野肇, 田内幹大, 岩田 唯, 越智陽城, 井川武, 鈴木菜花, 柏木昭彦, 柏木啓子
  • 学会等名: 第12回日本ツメガエル研究集会・第4回次世代両生類研究会 合同シンポジウム
• [学会発表] 局所的なshhの発現誘導によるXenopusの四肢のパターン形成への影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 蓮潟里帆, 小林託也, 越智陽城, 田村宏治, 横山仁
  • 学会等名: 再生学異分野融合研究会 (第1回)
• [学会発表] Xenopusの四肢再生における背腹軸形成機構の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 嶋田侑莉, 越智陽城, 横山仁
  • 学会等名: 再生学異分野融合研究会 (第1回)
• [学会発表] The wild-type Xenopus laevis is an asymptomatic carrier of aniridia-like pax6 mutations (2018)
  • 著者名/発表者名: Iwata Y, Tanouchi M, Igawa T, Sakagami K, Ochi H. Ogino H
  • 学会等名: 51h Annual Meeting of the Japanese Society of Developmental Biologists
• [学会発表] The hypomorphic mutations hidden in the allotetraploid genome of Xenopus laevis (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanouchi M , Ochi H, Kawaguchi A, Igawa T, Iwata Y. Sakagami K, Ogino H
  • 学会等名: 51h Annual Meeting of the Japanese Society of Developmental Biologists
• [学会発表] 腎組織再生におけるArid3aによる再生シグナル応答エンハンサーの活性化メカニズム. (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木菜花, 熊田樹, 荻野肇, 越智陽城
  • 学会等名: 第88回日本動物学会
  • 招待講演
• [学会発表] 二倍体と四倍体のカエルのゲノムに刻まれたシス調節配列から遺伝子発現調節の進化を読み解く (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木菜花, 熊田樹, 川口茜, 荻野肇, 越智陽城
  • 学会等名: 第89回日本遺伝学会
  • 招待講演
• [学会発表] シス調節配列の1塩基置換による重複遺伝子の発現進化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 鈴木菜花, 熊田樹, 荻野肇, 越智陽城
  • 学会等名: 第24回山形分子生物学セミナー
  • 発表場所: 山形大学農学部, 鶴岡市, 山形県
  • 年月日: 2016-12-03
• [学会発表] ゲノム編集ツールを使った両生類のコンディショナル遺伝子破壊法の確立 (2016)
  • 著者名/発表者名: 熊田樹, 鈴木菜花, 平野高大, 越智陽城
  • 学会等名: 第24回山形分子生物学セミナー
  • 発表場所: 山形大学農学部, 鶴岡市, 山形県
  • 年月日: 2016-12-03
• [学会発表] Single nucleotide substitution in cis-regulatory element causes asymmetrically reduced expression of hand1 homelogs in heart (2016)
  • 著者名/発表者名: Ochi, H., Suzuki, S., Kawaguchi, A. and Ogino, H.
  • 学会等名: The 22nd International Congress of Zoology (ICZ),
  • 発表場所: 沖縄先端科学技術大学院大学, 沖縄コンベンションセンター, 宜野湾市, 沖縄, 日本
  • 年月日: 2016-11-14
  • 国際学会
• [学会発表] Evolutionary conserved regeneration signal response enhancers for renal regeneration., (2016)
  • 著者名/発表者名: 2.Suzuki, N., Kumada, T., Ogino, H. and Ochi H.
  • 学会等名: The 16th Xenopus international conference
  • 発表場所: Orthodox Academy of Crete, Cania, Greece
  • 年月日: 2016-08-28
  • 国際学会
• [備考] 国立大学法人山形大学医学部 越智陽城研究室
  • URL: http://ochi.yu-med-tenure.com/