哺乳類鋤鼻器進化におけるDlx4遺伝子コオプション進化の解析

• 研究課題/領域番号: 18H02490
• 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: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 隅山 健太 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (00370114)
• 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: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2020年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 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: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: エンハンサー進化 / 鋤鼻器 / ゲノム編集 / Dlx遺伝子群 / エンハンサーノックアウト / エンハンサー / Dlx3-4遺伝子 / ノックアウトマウス / Dlx4遺伝子 / 発現制御 / 進化 / 発生 / Dlx遺伝子 / 遺伝子コオプション進化 / ゲノム編集マウス

研究成果の概要

多くが謎に包まれている鋤鼻器の発生において重要な役割を持つと考えられるDlx3/Dlx4遺伝子の発現調節を担う非コード領域（エンハンサー）を明らかにした。この領域をゲノム編集によって欠失したノックアウトマウスは鋤鼻器で完全にDlx3/4遺伝子発現を失うことが示された。この鋤鼻器特異的遺伝子発現欠失マウスは、今後の鋤鼻器発生と機能研究のために重要なリソースとなる。このエンハンサー欠失による組織特異的遺伝子ノックアウトマウス作製法はあらゆる遺伝子機能研究に応用可能な技術成果である。

研究成果の学術的意義や社会的意義

鋤鼻器の発生におけるDlx3/Dlx4遺伝子の発現調節を担うエンハンサーを明らかにしたことにより、多くの哺乳類で重要な役割を持ちながらヒトでは機能が失われた鋤鼻器発生の進化をゲノムレベルで研究する基礎を築いた。またエンハンサー欠失による組織特異的遺伝子ノックアウトマウス作製法は、従来の費用と時間のかかる条件付きノックアウトマウス作製法よりはるかに簡便であり、個体レベルでのあらゆる遺伝子機能研究の迅速効率化に貢献する重要な成果である。

研究成果

• [雑誌論文] Visualization of Spatially-Controlled Vasospasm by Sympathetic Nerve-Mediated ROCK Activation. (2021)
  • 著者名/発表者名: Ayako Imanishi, Hiroshi Ichise, Chuyun Fan, Yasuaki Nakagawa, Koichiro Kuwahara, Kenta Sumiyama, Michiyuki Matsuda, Kenta Terai.
  • 雑誌名: Am J Phathol 巻: 191(1) 号: 1 ページ: 194-203
  • DOI: 10.1016/j.ajpath.2020.09.012
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A human isogenic iPSC-derived cell line panel identifies major regulators of aberrant astrocyte proliferation in Down syndrome (2021)
  • 著者名/発表者名: Kawatani Keiji、Nambara Toshihiko、Nawa Nobutoshi、Yoshimatsu Hidetaka、Kusakabe Haruna、Hirata Katsuya、Tanave Akira、Sumiyama Kenta、Banno Kimihiko、Taniguchi Hidetoshi、Arahori Hitomi、Ozono Keiichi、Kitabatake Yasuji
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 4 号: 1 ページ: 730-730
  • DOI: 10.1038/s42003-021-02242-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Biliverdin Reductase-A Deficiency Brighten and Sensitize Biliverdin-binding Chromoproteins (2020)
  • 著者名/発表者名: Kobachi Kenju、Kuno Sota、Sato Shinya、Sumiyama Kenta、Matsuda Michiyuki、Terai Kenta
  • 雑誌名: Cell Structure and Function 巻: 45 号: 2 ページ: 131-141
  • DOI: 10.1247/csf.20010
  • NAID: 130007889516
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Gsx2 is required for specification of neurons in the inferior olivary nuclei from Ptf1a-expressing neural progenitors in zebrafish. (2020)
  • 著者名/発表者名: Itoh T, Takeuchi M, Sakgami M, Asakawa K, Sumiyama K, Kawakami K, Shimizu T, Hibi M.
  • 雑誌名: Development 巻: 147
  • DOI: 10.1242/dev.190603
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The regulatory landscape of the Dlx gene system in branchial arches: shared characteristics among Dlx bigene clusters and evolution (2020)
  • 著者名/発表者名: Sumiyama Kenta、Tanave Akira
  • 雑誌名: Development, Growth & Differentiation 巻: - 号: 5 ページ: 355-362
  • DOI: 10.1111/dgd.12671
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Booster, a Red-Shifted Genetically Encoded F?rster Resonance Energy Transfer (FRET) Biosensor Compatible with Cyan Fluorescent Protein/Yellow Fluorescent Protein-Based FRET Biosensors and Blue Light-Responsive Optogenetic Tools (2020)
  • 著者名/発表者名: Watabe Tetsuya、Terai Kenta、Sumiyama Kenta、Matsuda Michiyuki
  • 雑誌名: ACS Sensors 巻: 5 号: 3 ページ: 719-730
  • DOI: 10.1021/acssensors.9b01941
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mark1 regulates distal airspace expansion through type I pneumocyte flattening in lung development (2019)
  • 著者名/発表者名: Fumoto Katsumi、Takigawa-Imamura Hisako、Sumiyama Kenta、Yoshimura Shige H.、Maehara Natsumi、Kikuchi Akira
  • 雑誌名: Journal of Cell Science 巻: 132 号: 24
  • DOI: 10.1242/jcs.235556
  • 査読あり
• [雑誌論文] FRET-assisted photoactivation of flavoproteins for in vivo two-photon optogenetics (2019)
  • 著者名/発表者名: Kinjo Tomoaki、Terai Kenta、Horita Shoichiro、Nomura Norimichi、Sumiyama Kenta、Togashi Kaori、Iwata So、Matsuda Michiyuki
  • 雑誌名: Nature Methods 巻: 16 号: 10 ページ: 1029-1036
  • DOI: 10.1038/s41592-019-0541-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ゲノム編集技術を用いたDlx遺伝子群機能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田邉彰、隅山健太
  • 雑誌名: Medical Science Digest 巻: 9 ページ: 50-51
• [雑誌論文] A platform of BRET-FRET hybrid biosensors for optogenetics, chemical screening, and in vivo imaging. (2018)
  • 著者名/発表者名: Komatsu N, Terai K, Imanishi A, Kamioka Y, Sumiyama K, Jin T, Okada Y, Nagai T, Matsuda M.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 8984-8984
  • DOI: 10.1038/s41598-018-27174-x
  • NAID: 120006523820
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Composite regulation of ERK activity dynamics underlying tumour-specific traits in the intestine (2018)
  • 著者名/発表者名: Muta Yu、Fujita Yoshihisa、Sumiyama Kenta、Sakurai Atsuro、Taketo M. Mark、Chiba Tsutomu、Seno Hiroshi、Aoki Kazuhiro、Matsuda Michiyuki、Imajo Masamichi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 2174-2174
  • DOI: 10.1038/s41467-018-04527-8
  • NAID: 120006488609
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Oocyte all-surfaces’ imaging method using micro-scale rotational flow (2018)
  • 著者名/発表者名: Yalikun Yaxiaer、Aishan Yusufu、Mosha Abulaiti、Sumiyama Kenta、Tanaka Yo
  • 雑誌名: Micro & Nano Letters 巻: 13 号: 3 ページ: 306-311
  • DOI: 10.1049/mnl.2017.0731
  • 査読あり
• [学会発表] 鋤鼻器のDlx3 /Dlx4 遺伝子発現に必須なシス調節モジュールクラスターの発見 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田邉 彰、隅山 健太
  • 学会等名: 日本遺伝学会第93回大会（オンライン）
• [学会発表] 遺伝子機能欠損をパラログ遺伝子の活性化で補償する (2020)
  • 著者名/発表者名: 隅山 健太、田邉 彰
  • 学会等名: Online MM meeting 2020、京都大学医学部
• [学会発表] Triple-target CRISPR enabled almost perfect whole-body bi-allelic knockouts at first generation (2019)
  • 著者名/発表者名: Kenta Sumiyama, Genshiro Sunagawa, Maki Ukai-Tadenuma, Perrin Dimitri, Hiroki Ueda
  • 学会等名: The 15th Transgenic Technology Meeting (TT2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Cis-regulatory mechanism and evolution of mammalian Dlx gene clusters (2019)
  • 著者名/発表者名: Kenta Sumiyama
  • 学会等名: 52nd JSDB Annual Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 頭顔面形態形成を規定するDlx遺伝子群の発現パターンを進化機構に則って変更する試み (2019)
  • 著者名/発表者名: 隅山 健太
  • 学会等名: 第9回 Tokyo Vertebrate Morphology Meeting
• [学会発表] 脊椎動物形態形成遺伝子発現調節機構の進化：Dlx 遺伝子群を例に (2019)
  • 著者名/発表者名: 隅山 健太
  • 学会等名: 日本遺伝学会第91 回大会
  • 招待講演
• [学会発表] Triple-target CRISPR enabled production of complete bi-allelic double and triple gene knockouts (2019)
  • 著者名/発表者名: Kenta Sumiyama, Hiroki Ueda
  • 学会等名: Frontiers in Genome Engineering 2019
  • 国際学会
• [学会発表] トリプルCRISPR法による交配無しでのダブルノックアウト、トリプルノックアウトマウス作製 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田邉 彰、隅山 健太
  • 学会等名: 大阪大学大学院医学系研究科 第12回若手研究フォーラム
• [学会発表] Inferring ancestral state before WGD from enhancers and CTCF/cohesin loops in developmental genes (2018)
  • 著者名/発表者名: Kenta Sumiyama
  • 学会等名: SMBE 2018
  • 国際学会
• [学会発表] ゲノム重複前の脊椎動物形質を推定する試み (2018)
  • 著者名/発表者名: 隅山 健太
  • 学会等名: 第８回 Tokyo Vertebrate Morphology Meeting
• [学会発表] ゲノム重複前の脊椎動物表現型を推定する新しい試み (2018)
  • 著者名/発表者名: 隅山 健太
  • 学会等名: 日本進化学会第20回大会
• [図書] 図解 人類の進化 猿人から原人、旧人、現生人類へ (2021)
  • 著者名/発表者名: 斎藤 成也、海部 陽介、米田 穣、隅山 健太
  • 総ページ数: 272
  • 出版者: 講談社
  • ISBN: 9784065261361