塩基の並びだけでは読み解けないヒト超保存配列が共有する構造と機能の発見

• 研究課題/領域番号: 16K07463
• 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: 進化生物学
• 研究機関: 京都工芸繊維大学
• 研究代表者: 高野 敏行 京都工芸繊維大学, 応用生物学系, 教授 (90202150)
• 研究分担者: 都丸 雅敏 京都工芸繊維大学, 応用生物学系, 助教 (70324720)
• 研究協力者: 大迫 隆史 ; ティモシー カー
• 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: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 超保存配列 / ショウジョウバエ / 遺伝子発現制御 / エンハンサー / 生物種横断研究 / サイレンサー / インスレーター / 遺伝子発現調節 / 進化

研究成果の概要

セキツイ動物ゲノムには高度に保存された配列、超保存配列が遺伝子をコードしない領域にも多数存在することが知られている。こうした超保存配列の機能を調べる目的で、遺伝子発現の誘導能を組換え体ショウジョウバエをつかって検証した。調査した５１すべてのヒト超保存配列で胚あるいは３齢幼虫のひとつ以上の組織において遺伝子発現を誘導するエンハンサー活性が認められた。ほぼすべての配列が３齢幼虫の脳をふくむ中枢神経系組織で発現を誘導する一方、精巣での活性はほとんど観察されなかった。超保存配列が組織特異的なエンハンサー活性がもつことが示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

超保存配列は、遺伝子をコードする領域だけでなく、非コード領域にも存在し、遺伝子発現の制御に関わることが示唆されている。しかし、実際にマウス等をつかってエンハンサー活性が実証されたのは約半数にとどまる。本研究によって、はじめて超保存配列のそのすべてがエンハンサー活性を有することが明らかになった。また、エンハンサー活性の組織特異性は細胞内環境の保存性の違いを示唆する。脳と違って、精巣の発現制御の環境は速く進化しているのかもしれない。

研究成果

• [国際共同研究] Baylor College of Medicine/Lawrence Berkeley National Laboratory(米国)
• [雑誌論文] Cortex glia clear dead young neurons via Drpr/dCed-6/Shark and Crk/Mbc/dCed-12 signaling pathways in the developing Drosophila optic lobe. (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakano, R., Iwamura, M., Obikawa, A., Togane, Y., Hara, Y., Fukuhara, T., Tomaru, M., Takano, T., and Tsujimura H.
  • 雑誌名: Developmental Biology 巻: 印刷中 号: 1 ページ: 68-85
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2019.05.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Normal aging hyperactivates innate immunity and reduces the medical efficacy of minocycline in brain injury. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sanuki, R., Tanaka, T., Suzuki, F., Ibaraki, K., and Takano T.
  • 雑誌名: Brain, Behavior, and Immunity 巻: 印刷中 ページ: 427-438
  • DOI: 10.1016/j.bbi.2019.04.023
  • 査読あり
• [雑誌論文] “ヒト化ショウジョウバエ”の作出進む－－非コード領域の変異の高感度アッセイ法の開発が課題 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高野敏行，茨木公英，大迫隆史
  • 雑誌名: 生物の科学 巻: 72 ページ: 484-491
• [雑誌論文] Frequencies of chromosomal inversions in Drosophila melanogaster in Fukushima after the nuclear power plant accident. (2018)
  • 著者名/発表者名: Itoh M, Kajihara R, Kato Y, Takano-Shimizu T, Inoue Y
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 13 号: 2 ページ: e0192096-e0192096
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0192096
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Selective breeding and selection mapping using a novel wild-derived heterogeneous stock of mice revealed two closely-linked loci for tameness. (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto, Y., Goto, T., Nishino, J., Nakaoka, H., Tanave, A., Takano-Shimizu, T., Mott, R. F., and Koide, T.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 4607-4607
  • DOI: 10.1038/s41598-017-04869-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Gain-of-function & loss-of-function mutations in disease candidate genes (2019)
  • 著者名/発表者名: Takano, T.
  • 学会等名: 2nd International Symposium for Model Organism Research on Human Rare Diseases
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A large library of USA-human cDNA constructs and transgenic Drosophila stocks to facilitate translational research. (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Yamamoto, K.H. Wan, T. Johnson, H. K. Graves, V.H. Havana, H. Pan, D. Bei, O. Kania, S. Jankas, S. I. Park, W.W. Fisher, Y. Takashima, S. Ravani, M. Tomaru, T. Ohsako, M. F. Wangler, C. Warr, T. Takano-Shimizu, H.J. Bellen, & S.E. Celniker
  • 学会等名: 60th Annual Drosophila Research Conference
  • 国際学会
• [学会発表] ヒト化ショウジョウバエでヒトゲノム配列の機能，比較解析はできるのか (2018)
  • 著者名/発表者名: 高野敏行
  • 学会等名: 国立遺伝学研究所 研究集会「理論分子進化学の新機軸」
• [学会発表] 島田咲、村岡夕香、茨木公英、高野敏行、山口政光 (2018)
  • 著者名/発表者名: ショウジョウバエモデルを用いたヒト希少神経難病CMT原因遺伝子FIG4と遺伝学的に相互作用する遺伝子の同定
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [学会発表] ショウジョウバエ Rack1 は精子形成，受精の複数ステップで働く雄不妊遺伝子である (2018)
  • 著者名/発表者名: 茨木公英，中塚三保子，渡邉昌秀，白神真知，大迫隆史，都丸雅敏，高野敏行
  • 学会等名: 日本遺伝学会第90回大会
• [学会発表] Tissue specificity of Enhancer activity of human ultra-conserved elements in fruit fly. (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Ohsako, T. Matsuda, D. Sasazaki, M. Tomaru, T. Awasaki, T. Takano
  • 学会等名: The 13th Japanese Drosophila Research Conference
• [学会発表] 先端昆虫モデル研究拠点ではじめる生物横断研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高野敏行
  • 学会等名: 久留米大学医学部 Grand Round Seminar
  • 招待講演
• [学会発表] ショウジョウバエで何ができる？ 生物横断研究のハブとなる先端昆虫モデル研究拠点 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高野敏行
  • 学会等名: 第1回 IRUD-Beyond モデル生物 国際シンポジウム モデル生物を用いた希少、未診断疾患へのアプローチ
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ショウジョウバエ父性効果遺伝子の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 白神真知、中塚三保子、宮崎友、都丸雅敏、Tim Karr、高野敏行
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会 第40回日本分子生物学会年会・第90回日本生化学会大会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 精子形成が進化的に脆弱な要因再考 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高野敏行
  • 学会等名: 国立遺伝学研究所 研究集会「ショウジョウバエの生殖システムと生殖戦略」
  • 発表場所: 三島，静岡
  • 年月日: 2017-02-08
• [学会発表] Enhancer activity of human ultra-conserved elements in fruit fly. (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Ohsako，R. Nakano, T. Matsuda, M. Tomaru, T. L. Karr, T. Takano
  • 学会等名: 12th Japanese Drosophila Research Conference
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2016-09-09
• [学会発表] Enhancer activity of vertebrate ultraconserved elements in fruit flies. (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Takano-Shimizu, T. Ohsako, T. Matsuda, M. Tomaru
  • 学会等名: The Allied Genetics Conference 2016
  • 発表場所: Orland, Florida
  • 年月日: 2016-07-13
  • 国際学会
• [図書] Drosophila Models for Human Diseases (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Yamaguchi ed., 15 authors including Takano-Shimizu-Kouno, T.
  • 総ページ数: 308
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 9789811305283
• [図書] バイオテクノロジーシリーズ ― AI導入によるバイオテクノロジーの発展 Development of Biotechnology by the Introduction of AI (2018)
  • 著者名/発表者名: 植田充美 監修／高野敏行他36名
  • 総ページ数: 234
  • 出版者: シーエムシー出版
  • ISBN: 4781313159