脊髄神経管発生をモデルにしたWntの空間分布制御機構の研究

• 研究課題/領域番号: 18H02454
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分44020:発生生物学関連
• 研究機関: 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究
• 研究代表者: 高田 慎治 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 教授 (60206753)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円); 2020年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2019年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2018年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
• キーワード: 遺伝子 / 細胞 / 発生 / シグナル伝達 / 発生・分化

研究成果の概要

マウス胚の神経管の背側領域で局所的に発現するWnt1とWnt3aの時空間的挙動を詳細に解析した結果、これらWntリガンドが発現細胞の頂端側に局在化することを見出した。これらのWntを発現する細胞は発生の進行に伴い大きく形態を変化させ、背腹軸方向に伸長するが、このような形態変化にはこれらWntの分泌が必要である。解析の結果、この形態変化にはWntシグナル伝達経路の一つであるWnt/b-catenin経路の活性化が重要であることが明らかになるとともに、Wntの頂端側への局在化が、背側領域でのWntシグナル活性を維持し、その結果として細胞骨格因子の活性化と細胞の形態変化が引き起こすと考えられた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

Wntをはじめとする分泌シグナルタンパク質は、発生のさまざまな局面で重要な働きをするが、分泌されたタンパク質の時空間的挙動に関する知見は乏しく、それらの作用機構の詳細については不明な点が多い。本研究では、マウス神経管の最背側部で発現するWnt1とWnt3aに着目し、これらタンパク質の時空間的挙動を追跡するとともに、その挙動がもつ意義について検討した。その結果、これらWntが広く拡散しているという当初の予想に反して、その多くは発現細胞の周囲に局在していることが明らかになり、分泌シグナルタンパク質の作用機構についてのこれまでの一般的な考え方に修正が必要であることが示唆された。

研究成果

• [国際共同研究] The University of Hong Kong,(中国)
• [国際共同研究] University of Ulsan College of Medicine(韓国)
• [国際共同研究] National Institute of Health(米国)
• [雑誌論文] Fine-tuning of β-catenin in mouse thymic epithelial cells is required for postnatal T-cell development (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujimori Sayumi、Ohigashi Izumi、Abe Hayato、Matsushita Yosuke、Katagiri Toyomasa、Taketo Makoto M、Takahama Yousuke、Takada Shinji
  • 雑誌名: eLife 巻: 11 ページ: 69088-69088
  • DOI: 10.7554/elife.69088
  • NAID: 120007186797
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of retinoic acid signaling on Ripply3 expression and pharyngeal arch morphogenesis in mouse embryos (2021)
  • 著者名/発表者名: Tadashi Okubo, Keiko Hara, Sadahiro Azuma, Shinji Takada
  • 雑誌名: Developmental Dynamics 巻: 250 号: 7 ページ: 1036-1050
  • DOI: 10.1002/dvdy.301
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative analyses reveal extracellular dynamics of Wnt ligands in Xenopus embryos (2021)
  • 著者名/発表者名: Mii Yusuke、Nakazato Kenichi、Pack Chan-Gi、Ikeda Takafumi、Sako Yasushi、Mochizuki Atsushi、Taira Masanori、Takada Shinji
  • 雑誌名: eLife 巻: 10 ページ: 55108-55108
  • DOI: 10.7554/elife.55108
  • NAID: 120007041648
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Regulation of Wnt/PCP signaling through p97/VCP-KBTBD7-mediated Vangl ubiquitination and endoplasmic reticulum-associated degradation (2021)
  • 著者名/発表者名: Feng Di、Wang Jin、Yang Wei、Li Jingyu、Lin Xiaochen、Zha Fangzi、Wang Xiaolu、Ma Luyao、Choi Nga Ting、Mii Yusuke、Takada Shinji、Huen Michael S. Y.、Guo Yusong、Zhang Liang、Gao Bo
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 7 号: 20 ページ: 2099-2099
  • DOI: 10.1126/sciadv.abg2099
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Optogenetic relaxation of actomyosin contractility uncovers mechanistic roles of cortical tension during cytokinesis (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Kei、Miura Haruko、Ishida Motohiko、Mii Yusuke、Kinoshita Noriyuki、Takada Shinji、Ueno Naoto、Sawai Satoshi、Kondo Yohei、Aoki Kazuhiro
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 号: 1 ページ: 1-13
  • DOI: 10.1038/s41467-021-27458-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Morphological and Functional Changes of Roof Plate Cells in Spinal Cord Development (2021)
  • 著者名/発表者名: Takuma Shinozuka, Shinji Takada
  • 雑誌名: Journal of Developmental Biology 巻: 9 号: 3 ページ: 30-30
  • DOI: 10.3390/jdb9030030
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The second pharyngeal pouch is generated by dynamic remodeling of endodermal epithelium in zebrafish (2020)
  • 著者名/発表者名: Okada Kazunori、Takada Shinji
  • 雑誌名: Development 巻: 147 号: 24
  • DOI: 10.1242/dev.194738
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improvement of Phycocyanobilin Synthesis for Genetically Encoded Phytochrome-Based Optogenetics (2020)
  • 著者名/発表者名: Uda Youichi、Miura Haruko、Goto Yuhei、Yamamoto Kei、Mii Yusuke、Kondo Yohei、Takada Shinji、Aoki Kazuhiro
  • 雑誌名: ACS Chemical Biology 巻: 15 号: 11 ページ: 2896-2906
  • DOI: 10.1021/acschembio.0c00477
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] PKN1 promotes synapse maturation by inhibiting mGluR-dependent silencing through neuronal glutamate transporter activation (2020)
  • 著者名/発表者名: Yasuda Hiroki、Yamamoto Hikaru、Hanamura Kenji、Mehruba Mona、Kawamata Toshio、Morisaki Hiromi、Miyamoto Masaaki、Takada Shinji、Shirao Tomoaki、Ono Yoshitaka、Mukai Hideyuki
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 3 号: 1 ページ: 710-710
  • DOI: 10.1038/s42003-020-01435-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Heparan Sulfate Proteoglycan Clustering in Wnt Signaling and Dispersal (2020)
  • 著者名/発表者名: Mii Yusuke、Takada Shinji
  • 雑誌名: Frontiers in Cell and Developmental Biology 巻: 8 ページ: 631-631
  • DOI: 10.3389/fcell.2020.00631
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transcriptional autoregulation of zebrafish tbx6 is required for somite segmentation (2019)
  • 著者名/発表者名: Ban Hiroyuki、Yokota Daisuke、Otosaka Shiori、Kikuchi Morimichi、Kinoshita Hirofumi、Fujino Yuuri、Yabe Taijiro、Ovara Hiroki、Izuka Ayaka、Akama Kagari、Yamasu Kyo、Takada Shinji、Kawamura Akinori
  • 雑誌名: Development 巻: 146 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1242/dev.177063
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Wnt produced by stretched roof-plate cells is required for the promotion of cell proliferation around the central canal of the spinal cord (2019)
  • 著者名/発表者名: Shinozuka Takuma、Takada Ritsuko、Yoshida Shosei、Yonemura Shigenobu、Takada Shinji
  • 雑誌名: Development 巻: 146 号: 2 ページ: 159343-159343
  • DOI: 10.1242/dev.159343
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Novel components of germline sex determination acting downstream of foxl3 in medaka (2019)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi Mariko、Nishimura Toshiya、Saito Daisuke、Shigenobu Shuji、Takada Ritsuko、Gutierrez-Triana Jos? Arturo、Cerd?n Juan Luis Mateo、Takada Shinji、Wittbrodt Joachim、Suyama Mikita、Tanaka Minoru
  • 雑誌名: Developmental Biology 巻: 445 号: 1 ページ: 80-89
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2018.10.019
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Assembly of protein complexes restricts diffusion of Wnt3a proteins (2018)
  • 著者名/発表者名: Takada, R., Mii, Y., Krayukhina, E., Maruyama, Y., Mio, K., Sasaki, Y., Shinkawa, T., Pack, C.-G., Sako, Y., Sato, C., Uchiyama, S., Takada, S.
  • 雑誌名: Commun. Biol. 巻: 1 号: 1 ページ: 165-165
  • DOI: 10.1038/s42003-018-0172-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Wnt3a-mediated community effect in the maintenance of NMP population (2020)
  • 著者名/発表者名: Shinji Takada
  • 学会等名: EMBO Workshop “Neuromesodermal progenitors in development, evolution and regeneration”
  • 国際学会
• [学会発表] Autocrine and paracrine functions of Wnt ligand in the neuromesoderm progenitor cells of mouse embryo (2020)
  • 著者名/発表者名: Yudai Hatakeyama, Yusuke Mii, and Shinji Takada
  • 学会等名: 第５３回日本発生生物学会
• [学会発表] マウス胚の神経中胚葉前駆細胞におけるWnt3aのオートクラインおよびパラクライン機能の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 畠山宙大 三井優輔 高田慎治
  • 学会等名: 日本動物学会第９１回大会
• [学会発表] Roles of heparan sulfate proteoglycans in Wnt11 localization and planar cell polarity. (2020)
  • 著者名/発表者名: Minako Suzuki, Shinji Takada, Yusuke Mii
  • 学会等名: 日本分子生物学会
• [学会発表] Examination of protein complex formation of secreted Wnt family members (2020)
  • 著者名/発表者名: Tran TH Nguyen, Ritsuko Takada, Susumu Uchiyama, Shinji Takada
  • 学会等名: 日本分子生物学会
• [学会発表] Regulatory mechanism of morphological change of roof-plate cells in the mouse spinal cord (2020)
  • 著者名/発表者名: Takuma Shinozuka and Shinji Takada
  • 学会等名: 第５３回日本発生生物学会
• [学会発表] Analysis of signaling proteins in the extracellular space (2019)
  • 著者名/発表者名: Shinji Takada
  • 学会等名: ExCELLS Visit Talks in IBC Academia Sinica@Taipei
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Quantitative analyses of Wnt protein dynamics in Xenopus embryos (2019)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Mii, Ritsuko Takada, Elena Krayukhina, Chan-Gi Pack, Yasushi Sako , Susumu Uchiyama, Masanori Taira, and Shinji Takada
  • 学会等名: Gordon Conference "Wnt Signaling Networks in Development, Disease and Regeneration"
  • 国際学会
• [学会発表] Visualization and quantification of Wnt proteins in embryos (2019)
  • 著者名/発表者名: Shinji Takada
  • 学会等名: The 2nd NIBB-Princeton Symposium “Imaging and Quantitative Biology”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Mechanism and significance of morphological change of Wnt-producing cells in the mouse spinal cord (2019)
  • 著者名/発表者名: Takuma Shinozuka, Ritsuko Takada, Shinji Takada
  • 学会等名: The 2nd NIBB-Princeton Symposium “Imaging and Quantitative Biology”
  • 国際学会
• [学会発表] Extracellular Dynamics and Diffusion Range of Wnt Protein in Xenopus Embryos (2019)
  • 著者名/発表者名: Shinji Takada, Ritsuko Takada, Makoto Matsuyama, & Yusuke Mii
  • 学会等名: Keystone Symposia "Signal Dynamics and Signal Integration in Development and Disease" @ Keystone、米国
  • 国際学会
• [学会発表] How does Wnt11 direct the planar cell polarity? (2019)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Mii
  • 学会等名: 119th International Titisee Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Wntはどのようにして平面細胞極性をそろえるのか？ (2019)
  • 著者名/発表者名: 三井優輔、高田律子、松山誠、高田慎治
  • 学会等名: 大阪大学蛋白質研究所セミナー「Wnt研究会2018-2019」
• [学会発表] マウス神経管におけるWnt発現細胞の細胞系譜解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 畠山宙大、篠塚琢磨、三井優輔、高田慎治
  • 学会等名: 大阪大学蛋白質研究所セミナー「Wnt研究会2018-2019」
• [学会発表] How do Wnt proteins regulate planar cell polarity? (2018)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Mii,Ritsuko Takada,Makoto Matsuyama,& Shinji Takada
  • 学会等名: 17th International Xenopus Conference @Seattle、米国
  • 国際学会
• [学会発表] Visualization of Wnt11 proteins reveals that Wnt acts not by forming global gradient, but as a local signal to progressively propagate planar cell polarity (2018)
  • 著者名/発表者名: Shinji Takada, Ritsuko Takada, Makoto Matsuyama, & Yusuke Mii
  • 学会等名: Wnt Meeting 2018 @ Heidelberg、ドイツ
  • 国際学会
• [学会発表] Oligomerzation-based assembly restricts Wnt protein diffusion. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ritsuko Takada, Yusuke Mii, Elena Krayukhina, Chan-Gi Pack, Yasushi Sako, Susumu Uchiyama, and Shinji Takada
  • 学会等名: 第70回日本細胞生物学会・第51回日本発生生物学会合同大会 @東京
• [学会発表] Roof plate cells dramatically elongate and promote the proliferation of neural progenitors by secreting Wnt proteins in the mouse spinal cord (2018)
  • 著者名/発表者名: Takuma Shinozuka, Ritsuko Takada, Shosei Yoshida, Shigenobu Yonemura, Shinji Takada
  • 学会等名: 第70回日本細胞生物学会・第51回日本発生生物学会合同大会 @東京
• [学会発表] Local and mutual regulations between Wnt and planar cell polarity propagate global coordination of cell polarity throughout the tissue. (2018)
  • 著者名/発表者名: 三井優輔、高田律子、松山誠、高田慎治
  • 学会等名: 第70回日本細胞生物学会・第51回日本発生生物学会合同大会 @東京
• [学会発表] Lineage analysis of roof plate cells during the developmen of mouse spinal cord (2018)
  • 著者名/発表者名: Yudai Hatakeyama, Takuma Shinozuka, Yusuke Mii& Shinji Takada
  • 学会等名: 第70回日本細胞生物学会・第51回日本発生生物学会合同大会 @東京
• [学会発表] Wnt11はどのようにして平面細胞極性を揃えるのか？ (2018)
  • 著者名/発表者名: 三井優輔、高田律子、松山誠、高田慎治
  • 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 ＠広島
• [学会発表] 分泌性シグナル蛋白質Wnt11による平面細胞極性（PCP）の制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 三井優輔、高田律子、松山誠、高田慎治
  • 学会等名: 日本発生生物学会 秋季シンポジウム2018
• [備考] 基礎生物学研究所HP
  • URL: https://www.nibb.ac.jp/sections/division/takada/
• [備考] プレスリリース：動く分子と動かない分子が協調して、安定した位置情報を素早く作り出す
  • URL: https://www.nibb.ac.jp/pressroom/news/2021/06/04.html
• [備考]
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/cib2/