体節形成における遺伝子発現振動の開始機構の解明

• 研究課題/領域番号: 17K07418
• 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: 大阪医科大学
• 研究代表者: 小田 康子 (秋山康子) 大阪医科大学, 医学部, 非常勤講師 (80426650)
• 研究分担者: 小田 広樹 株式会社生命誌研究館, その他部局等, 主任研究員 (50396222)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020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); 2019年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2018年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2017年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 胚発生 / ゲノム / RNA-seq / ヘッジホッグシグナル / オオヒメグモ / パターン形成 / ヘッジホッグ / 体節形成 / 発現振動 / 発生・分化 / 遺伝子

研究成果の概要

オオヒメグモのhhやmsx1を中心とした遺伝子の発現と機能の解析を行い、体節形成につながる繰り返しの縞パターンの形成が、体の領域ごとに異なる３種類の波のような遺伝子発現により達成されていることを示した。msx1はそのすべての波の構成成分であり、かつ、制御に関わっていることが分かった。特に本研究で発見したmsx1の第一の発現波は後端から胸部まで進行する大きな波である。この波はヘッジホッグシグナルにより制御されており、胸部で３分割し、後体部での発現振動の開始に関わることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、オオヒメグモの縞パターンの形成が体の領域により２分割、３分割、振動という異なるダイナミクスの遺伝子発現の波により達成されることを示した。これらの異なるダイナミクスの波はコンポーネントを共有していることも示した。この発見はゲノム上に状況に応じて異なるダイナミクスを示す分子ネットワークが存在することを示している。このネットワークのさらなる解析が、コンテクストによる表現型の違いや、動物による縞パターン形成メカニズムの違いなどの理解へと発展しうると考えられる。

研究成果

• [国際共同研究] Oxford Brookes University/University of Bristol(英国)
• [国際共同研究] Georg-August-Universitat(ドイツ)
• [国際共同研究] University of Wisconsin-Madison(米国)
• [雑誌論文] Hedgehog signaling controls segmentation dynamics and diversity via msx1 in a spider embryo (2020)
  • 著者名/発表者名: Akiyama-Oda Yasuko、Oda Hiroki
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 6 号: 37
  • DOI: 10.1126/sciadv.aba7261
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] オオヒメグモ胚のパターン形成─縞パターンはどのようにできるか？ (2020)
  • 著者名/発表者名: 秋山-小田 康子
  • 雑誌名: 生物の科学 遺伝 特集 クモのゲノム、遺伝子研究の最前線 巻: 74 ページ: 670-676
• [雑誌論文] The common house spider Parasteatoda tepidariorum. (2020)
  • 著者名/発表者名: Oda, H., Akiyama-Oda, Y.
  • 雑誌名: EvoDevo. 巻: 11 ページ: 6-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dataset on gene expressions affected by simultaneous knockdown of Hedgehog and Dpp signaling components in embryos of the spider Parasteatoda tepidariorum. (2020)
  • 著者名/発表者名: Oda, H., Akiyama-Oda, Y.
  • 雑誌名: Data Brief. 巻: 28 ページ: 105088-105088
  • DOI: 10.1016/j.dib.2019.105088
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Microarray data on the comparison of transcript expression between normal and Pt-Delta RNAi embryos in the common house spider Parasteatoda tepidariorum. (2020)
  • 著者名/発表者名: Oda, H., Akiyama-Oda, Y.
  • 雑誌名: Data Brief. 巻: 25 ページ: 104350-104350
  • DOI: 10.1016/j.dib.2019.104350
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Experimental duplication of bilaterian body axes in spider embryos: Holm's organizer and self-regulation of embryonic fields. (2019)
  • 著者名/発表者名: Oda, H., Iwasaki-Yokozawa, S., Usui, T., Akiyama-Oda, Y.
  • 雑誌名: Dev. Genes Evol. 巻: - 号: 2 ページ: 49-63
  • DOI: 10.1007/s00427-019-00631-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Homeobox gene duplication and divergence in arachnids. (2018)
  • 著者名/発表者名: Leite, D.J., Baudouin-Gonzalez, L., Iwasaki-Yokozawa, S., Lozano-Fernandez, J., Turetzek, N., Akiyama-Oda, Y., Prpic, N.M., Pisani, D., Oda, H., Sharma, P.P., McGregor, A.P.
  • 雑誌名: Mol Biol Evol. 巻: - 号: 9 ページ: 2240-2253
  • DOI: 10.1093/molbev/msy125
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Genome-scale embryonic developmental profile of gene expression in the common house spider Parasteatoda tepidariorum. (2018)
  • 著者名/発表者名: Iwasaki-Yokozawa, S., Akiyama-Oda, Y., Oda, H.
  • 雑誌名: Data Brief. 巻: 19 ページ: 865-867
  • DOI: 10.1016/j.dib.2018.05.106
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A quantitative study of the diversity of stripe-forming processes in an arthropod cell-based field undergoing axis formation and growth (2018)
  • 著者名/発表者名: Natsuki Hemmi, Yasuko Akiyama-Oda, Koichi Fujimoto, Hiroki Oda
  • 雑誌名: Developmental Biology 巻: 437 号: 2 ページ: 84-104
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2018.03.001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The house spider genome reveals an ancient whole-genome duplication during arachnid evolution (2017)
  • 著者名/発表者名: Schwager, E. E., Sharma, P. P., Clarke, T., Leite, D. J., Wierschin, T., Pechmann, M., Akiyama-Oda, Y., Esposito, L., Bechsgaard, J.,(35 authors omitted), Bucher, G., Gibbs, R. A., Coddington, J., Oda, H., Stanke, M., Ayoub, N.A., Prpic, N. M., Flot, J. F., Posnien, N., Richards, S., McGregor, A.
  • 雑誌名: BMC Biology 巻: 15 号: 1 ページ: 62-62
  • DOI: 10.1186/s12915-017-0399-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evolutionary origin of type IV classical cadherins in arthropods. (2017)
  • 著者名/発表者名: Sasaki M, Akiyama-Oda Y and Oda H
  • 雑誌名: BMC Evol. Biol. 巻: 17 号: 1 ページ: 142-142
  • DOI: 10.1186/s12862-017-0991-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] オオヒメグモ胚での全遺伝子発現パターンの推定： シングルセルRNAseq解析に基づく方法の確立 (2020)
  • 著者名/発表者名: 赤岩孝憲、小田広樹、秋山-小田康子
  • 学会等名: 日本動物学会第９１回大会
• [学会発表] Hedgehog signaling controls segmentation dynamics and diversity via msx1 in a spider embryo. (2019)
  • 著者名/発表者名: Akiyama-Oda, Y., Oda, H.
  • 学会等名: Society for Developmental Biology 78th Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Segmentation dynamics and diversity controlled by Hedgehog signaling. (2019)
  • 著者名/発表者名: Akiyama-Oda, Y., Oda, H.
  • 学会等名: 52st JSDB
• [学会発表] Parasteatoda tepidariorum is a model spider the permits genome-based study of developmental biology. (2019)
  • 著者名/発表者名: Akiyama-Oda, Y., Iwasaki-Yokozawa, S., Oda, H.
  • 学会等名: 21st International Congress of Arachnology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Wave generation mediated by Hedgehog signaling and its target gene: A key link between axis specification and segmentation. (2018)
  • 著者名/発表者名: Akiyama-Oda, Y., Oda, H.
  • 学会等名: Joint annual meeting of 51st JSDB and 70th JSCB
  • 国際学会
• [学会発表] A genome-wide study of Hedgehog signaling identifies a transcription factor gene mediating gene expression dynamics in the early spider embryo. (2017)
  • 著者名/発表者名: Akiyama-Oda, Y., Iwasaki-Yokozawa, S., Oda, H.
  • 学会等名: 18th International Congress of Developmental Biology (Singapore)
  • 国際学会
• [学会発表] A Hedgehog signaling network regulates the initiation of segmental oscillations in the early spider embryo. (2017)
  • 著者名/発表者名: Akiyama-Oda, Y., Iwasaki-Yokozawa, S., Oda, H.
  • 学会等名: 50th Annual Meeting of JSDB (Tokyo)
• [備考] BRH Data Resources
  • URL: https://www.brh2.jp
• [備考] Pt_spider Genome/Transcripts Database Home
  • URL: https://www.e-celldev.jp/pt_spider2/index.html
• [備考] BRH Data Resources
  • URL: https://www.brh2.jp/index.html
• [備考] BRH Data Resources
  • URL: http://www.brh2.jp/index.html