四肢動物において後肢の位置の多様性を生み出した進化的な分子基盤の解明

• 研究課題/領域番号: 18H02487
• 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45020:進化生物学関連
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 鈴木 孝幸 名古屋大学, 生命農学研究科, 准教授 (40451629)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2021年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2020年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2019年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2018年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
• キーワード: 脊椎動物 / 骨格 / パターン / 後肢 / 進化 / 遺伝子発現 / ヘテロクロニー / エンハンサー / 進化発生 / 転写調節 / 骨格パターン / 分泌因子 / 仙椎 / 発現制御 / 脊椎骨 / 前後軸 / 多様性 / 非モデル動物 / 発生 / 進化発生学 / 分子生物学 / 肢芽 / 遺伝子発現制御

研究成果の概要

本研究では、後肢の位置の異なる様々な動物胚を用いてGdf11の機能メカニズムを調べることで、脊椎動物の後肢の位置の多様性を生み出すメカニズムを解明する事を目的とした。Gdf11は予定後肢領域である側板中胚葉では発現せず、脊椎骨の原器である前体節中胚葉の末端で発現していた。Gdf11 が発現すると、そこに仙椎が形成されると同時に、後肢の形成も誘導することが分かった。Gdf11の発現開始タイミングは種によって異なり、これにより脊椎動物に後肢の位置の多様性が生み出されることが分かった。この発現開始タイミングの違いを誘導するメカニズムとして種特異的なエンハンサー領域の存在が示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

脊椎動物の後肢の位置の違いは、Gdf11というたった１つの遺伝子が、発生中に働くタイングの違いが進化的に生じた結果もたらされたことが分かりました。またヘビはGdf11が働き始めるタイミングが他の種と比べて遅いために、長い胴体を持つということが分かりました。これらの成果は、後肢の位置の違いという生物の大進化は思った以上に少ない遺伝子の変化によりもたらされたことを示しています。

研究成果

• [国際共同研究] University of Wisconsin-Madison(米国)
• [国際共同研究] カセサート大学(タイ)
• [雑誌論文] The dynamic spatial and temporal relationships between the phalanx‐forming region and the interdigits determine digit identity in the chick limb autopod (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Takayuki、Fallon John F.
  • 雑誌名: Developmental Dynamics 巻: 250 号: 9 ページ: 1318-1329
  • DOI: 10.1002/dvdy.323
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Downregulation of <i>Grem1</i> expression in the distal limb mesoderm is a necessary precondition for phalanx development (2021)
  • 著者名/発表者名: Lancman Joseph J.、Hasso Sean M.、Suzuki Takayuki、Kherdjemil Yacine、Kmita Marie、Ferris Andrea、Dong P. Duc S.、Ros Marian A.、Fallon John F.
  • 雑誌名: Developmental Dynamics 巻: 251 号: 9 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1002/dvdy.431
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Origin and evolutionary history of domestic chickens inferred from a large population study of Thai red junglefowl and indigenous chickens (2021)
  • 著者名/発表者名: Hata Ayano、Nunome Mitsuo、Suwanasopee Thanathip、Duengkae Prateep、Chaiwatana Soontorn、Chamchumroon Wiyada、Suzuki Takayuki、Koonawootrittriron Skorn、Matsuda Yoichi、Srikulnath Kornsorn
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 1-1
  • DOI: 10.1038/s41598-021-81589-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Geographic Origin and Genetic Characteristics of Japanese Indigenous Chickens Inferred from Mitochondrial D-Loop Region and Microsatellite DNA Markers (2020)
  • 著者名/発表者名: Hata Ayano、Takenouchi Atsushi、Kinoshita Keiji、Hirokawa Momomi、Igawa Takeshi、Nunome Mitsuo、Suzuki Takayuki、Tsudzuki Masaoki
  • 雑誌名: Animals 巻: 10 号: 11 ページ: 2074-2074
  • DOI: 10.3390/ani10112074
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Combined deletions of IHH and NHEJ1 cause chondrodystrophy and embryonic lethality in the Creeper chicken (2020)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita Keiji、Suzuki Takayuki、Koike Manabu、Nishida Chizuko、Koike Aki、Nunome Mitsuo、Uemura Takeo、Ichiyanagi Kenji、Matsuda Yoichi
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 3 号: 1 ページ: 144-144
  • DOI: 10.1038/s42003-020-0870-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] PRDM14 and BLIMP1 control the development of chicken primordial germ cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuya Okuzaki, Hidenori Kaneoka, Takayuki Suzuki, Yota Hagihara, Yuki Nakayama, Seitaro Murakami, Yusuke Murase, Atsushi Kuroiwa, Shinji Iijima and Ken-ichi Nishijima
  • 雑誌名: Developmental Biology 巻: 455 号: 1 ページ: 32-41
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2019.06.018
  • NAID: 120006777549
  • 査読あり
• [雑誌論文] DNA methylation analysis of multiple imprinted DMRs in Sotos syndrome reveals IGF2-DMR0 as a DNA methylation-dependent, P0 promoter-specific enhancer. (2019)
  • 著者名/発表者名: Watanabe H, Higashimoto K, Miyake N, Morita S, Horii T, Kimura M, Suzuki T, Maeda T, Hidaka H, Aoki S, Yatsuki H, Okamoto N, Uemura T, Hatada I, Matsumoto N, Soejima H.
  • 雑誌名: FASEB J. 巻: 34 号: 1 ページ: 960-973
  • DOI: 10.1096/fj.201901757r
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of transgene integration site and anatomical properties of fluorescence intensity in a EGFP transgenic chicken line (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsujino Kaori、Okuzaki Yuya、Hibino Nobuyuki、Kawamura Kazuki、Saito Seiji、Ozaki Yumi、Ishishita Satoshi、Kuroiwa Atsushi、Iijima Shinji、Matsuda Yoichi、Nishijima Kenichi、Suzuki Takayuki
  • 雑誌名: Development, Growth & Differentiation 巻: 61 号: 7-8 ページ: 393-401
  • DOI: 10.1111/dgd.12631
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recommendation of Brilliant Blue instead of Fast Green as a dye at in ovo electroporation. (2019)
  • 著者名/発表者名: Saito S., Kawamura K., Matsuda Y. Suzuki T.
  • 雑誌名: Development, Growth & Differentiation 巻: 61 号: 7-8 ページ: 402-409
  • DOI: 10.1111/dgd.12629
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-organized formation of developing appendages from murine pluripotent stem cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Mori Shunsuke、Sakakura Eriko、Tsunekawa Yuji、Hagiwara Masaya、Suzuki Takayuki、Eiraku Mototsugu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 号: 1 ページ: 000-000
  • DOI: 10.1038/s41467-019-11702-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Molecular mechanisms that explain positional diversity of hindlimb position during vertebrate embryogenesis (2019)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Suzuki
  • 学会等名: 52nd Annual Meeting of the Japanese Society of Developmental Biologists
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Identification and functional analysis of Gdf11 enhancer that determines the hindlimb position. (2019)
  • 著者名/発表者名: Seiji Saito
  • 学会等名: 52nd Annual Meeting of the Japanese Society of Developmental Biologists
  • 国際学会
• [学会発表] Expression pattern of Hox11 paralogous genes in the somites is determined by GDF11 with dose-dependent manner. (2019)
  • 著者名/発表者名: Haruka Fujita
  • 学会等名: 52nd Annual Meeting of the Japanese Society of Developmental Biologists
  • 国際学会
• [学会発表] 脊椎動物における後肢の位置の多様性を生み出した種に固有の発生の時間制御機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Suzuki, Yoshiyuki Matsubara, Ayumi Hattori, Toshihiko Ogura, Se-Jin Lee, Atsushi Kuroiwa
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] ニワトリ胚を用いた四肢動物における後肢の位置の多様性を生み出す発生メカニズム (2018)
  • 著者名/発表者名: 鈴木孝幸
  • 学会等名: 第４２回鳥類内分泌学会
  • 招待講演
• [学会発表] ニワトリ胚を用いた四肢動物における後肢の位置の多様性を生み出した発生メカニズム (2018)
  • 著者名/発表者名: 鈴木孝幸、松原由幸、平沢達矢、江川史朗、服部亜由美、菅沼貴也、小原裕平、永井達也、田村宏治、倉谷滋、黒岩厚
  • 学会等名: 平成30年度 東海畜産学会
  • 招待講演
• [学会発表] Heterochrony in initiation of Gdf11 expression specifies unique hindlimb positioning through coordination of Hox gene expression in tetrapods (2018)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Suzuki
  • 学会等名: 第51回 日本発生生物学会年会
• [学会発表] 四肢動物における後肢の位置の多様性を生み出す発生メカニズムの解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鈴木孝幸
  • 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NBRPワーク ショップ
  • 招待講演
• [備考] 鳥類バイオサイエンス研究室
  • URL: https://animgenet.wixsite.com/avianbioscience/publications