ゼブラフィッシュを用いたHox遺伝子クラスターのゲノム機能解析

• 研究課題/領域番号: 18K06177
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分43050:ゲノム生物学関連
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 川村 哲規 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (10466691)
• 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: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2019年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
• キーワード: Hox / 脊椎動物 / CRISPR-Cas9 / 変異体 / 全ゲノム重複 / CTスキャン解析 / Hox遺伝子 / 遺伝子重複 / 遺伝子クラスター / ゼブラフィッシュ / 脊椎動物の体軸形成 / X線CTスキャン / 多重変異体 / Hoxクラスター欠失変異体 / Hox遺伝子群 / 発生遺伝学 / 機能進化 / 脊椎動物の前後軸 / Hoxクラスター / ゲノム構造

研究成果の概要

Hox遺伝子群は複数のHox遺伝子が一列に並んだHoxクラスターを形成し、動物の形作りの基盤的な役割を担う。脊椎動物の進化過程で生じた全ゲノム重複により、Hoxクラスターはマウスやヒトでは4つ、ゼブラフィッシュでは7つに分岐した。これまでマウスを用いた研究が主流で、Hox遺伝子の機能が示されたが、マウスでの知見が脊椎動物間で保存されているのかは不明であった。本研究では、ゼブラフィッシュのHoxクラスターを欠失させた変異体を作製し、機能比較を行った結果、ゼブラフィッシュとマウス間において相違が多く見出され、脊椎動物のHoxクラスターは分岐後、異なる機能分担化、新機能を獲得したことが示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

動物の発生を司るHox遺伝子クラスターは、動物の体づくりの基盤となる役割を担う遺伝子群であるため、進化的にも機能が高く保存されていると考えられてきた。本研究において、マウスと進化的に離れたゼブラフィッシュと比較した結果、共通な機能が一部見られるものの、多くの機能的な相違点が明らかとなった。本研究から、分岐したHoxクラスターに生じた機能変化が、脊椎動物の様々な形態形成に寄与した可能性が示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] An atlas of seven zebrafish hox cluster mutants provides insights into sub/neofunctionalization of vertebrate Hox clusters. (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamada, K., Maeno, A., Araki, S., Kikuchi, M., Suzuki, M., Ishizaka, M., Satoh, K., Akama, K., Kawabe, Y., Suzuki, K., Kobayashi, D., Hamano, N., Kawamura, A
  • 雑誌名: Development 巻: 148 号: 11
  • DOI: 10.1242/dev.198325
  • 査読あり
• [雑誌論文] A globin-family protein, Cytoglobin 1, is involved in the development of neural crest-derived tissues and organs in zebrafish (2021)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Kazuki、Ito Yuki、Yoshimura Mami、Nikaido Masataka、Yuikawa Tatsuya、Kawamura Akinori、Tsuda Sachiko、Kage Daichi、Yamasu Kyo
  • 雑誌名: Developmental Biology 巻: 472 ページ: 1-17
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2020.12.016
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An atlas of zebrafish seven hox cluster mutants provides insights into sub/neofunctionalization of vertebrate Hox clusters. (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamada, K., Maeno, A., Kikuchi, M., Suzuki, M., Ishizaka, M., Sato, K., Akama, K., Kawabe, Y., Suzuki, K., Kobayashi, D., Hamano, N., Kawamura, A.
  • 雑誌名: Development 巻: 148
  • 査読あり
• [雑誌論文] The role of somite patterning in the formation of Weberian apparatus and pleural rib in zebrafish. (2020)
  • 著者名/発表者名: Akama, K., Ebata, K., Maeno, A., Taminato, T., Otosaka, S., Gengyo-Ando, K., Nakai, J., Yamasu, K., Kawamura, A.
  • 雑誌名: Journal of Anatomy 巻: 236 号: 4 ページ: 622-629
  • DOI: 10.1111/joa.13135
  • 査読あり
• [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] Functional roles of the Ripply-mediated suppression of segmentation gene expression at the anterior presomitic mesoderm in zebrafish (2018)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita Hirofumi、Ohgane Nanae、Fujino Yuuri、Yabe Taijiro、Ovara Hiroki、Yokota Daisuke、Izuka Ayaka、Kage Daichi、Yamasu Kyo、Takada Shinji、Kawamura Akinori
  • 雑誌名: Mechanisms of Development 巻: 152 ページ: 21-31
  • DOI: 10.1016/j.mod.2018.06.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deadenylation by the CCR4-NOT complex contributes to the turnover of hairy-related mRNAs in the zebrafish segmentation clock. (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujino Y, Yamada K, Sugaya C, Ooka Y, Ovara H, Ban H, Akama K, Otosaka S, Kinoshita H, Yamasu K, Mishima Y, Kawamura A.
  • 雑誌名: FEBS letters 巻: 592(20) 号: 20 ページ: 3388-3398
  • DOI: 10.1002/1873-3468.13261
  • 査読あり
• [学会発表] ゼブラフィッシュ最前部椎骨を規定するHoxコードの発生遺伝学的解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 鈴木賢弥、前野哲輝、佐藤こうみ、小林大貴、山田一哉、菅原拓海、石津充己、川村哲規
  • 学会等名: 第74回 日本動物学会関東支部会
• [学会発表] The position and size of the swim bladder are restricted by the surrounding bones in zebrafish (2021)
  • 著者名/発表者名: Koumi Satoh, Akiteru Maeno, Kenya Suzuki, Kazuya Yamada, Mizuki Ishizaka, Soh Araki1, Urara Adachi, Hiroyuki Furudate, Akinori Kawamura
  • 学会等名: 第27回 小型魚類研究会
• [学会発表] Developmental genetic analysis of hoxaa;hoxab;hoxda clusters in zebrafish (2021)
  • 著者名/発表者名: Mizuki Ishizaka, Kazuya Yamada, Akiteru Maeno, Morimichi Kikuchi, Soh Araki, Akinori Kawamura
  • 学会等名: 第27回 小型魚類研究会
• [学会発表] Deciphering the Hox code in the anteriormost vertebrae in zebrafish (2021)
  • 著者名/発表者名: Kenya Suzuki, Akiteru Maeno, Koumi Satoh, Daiki Kobayashi, Kazuya Yamada, Takumi Sugawara, Atsuki Ishizu, Akinori Kawamura
  • 学会等名: 第27回 小型魚類研究会
• [学会発表] ゼブラフィッシュ浮き袋の位置と大きさを制限する周辺骨格の役割 (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐藤こうみ、前野哲輝、鈴木賢弥、山田一哉、石坂瑞樹、荒木 颯、安達うらら、古舘宏之、川村哲規
  • 学会等名: 第44回 日本分子生物学会(横浜)
• [学会発表] ゼブラフィッシュhoxaa;hoxab;hodaクラスターの発生遺伝学的解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 石坂瑞樹、山田一哉、前野哲輝、菊地守道、荒木 颯、川村哲規
  • 学会等名: 第44回 日本分子生物学会(横浜)
• [学会発表] ゼブラフィッシュ最前方椎骨を規定するHoxコードの解読 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鈴木賢弥、前野哲輝、佐藤こうみ、小林大貴、山田一哉、菅原拓海、石津充己、川村哲規
  • 学会等名: 第44回 日本分子生物学会(横浜)
• [学会発表] ゼブラフィッシュ器官形成におけるhoxcaおよびhoxcbクラスターの機能解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 こうみ, 鈴木賢弥, 前野 哲輝, 山田 一哉, 荒木 颯, 川村 哲規
  • 学会等名: 第73回 日本動物学会関東支部会 （オンライン開催）
• [学会発表] ゼブラフィッシュhoxaa,ab,daクラスター三重欠失変異体の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 石坂瑞樹, 山田一哉, 菊地守道, 前野哲輝, 荒木 颯, 川村哲規
  • 学会等名: 第73回 日本動物学会関東支部会 （オンライン開催）
• [学会発表] ゼブラフィッシュ遺伝学によるhoxクラスターの機能解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 川村哲規
  • 学会等名: 日本動物学会 第91回大会2020（オンライン開催）シンポジウム
• [学会発表] ゼブラフィッシュ胚発生におけるhoxbaおよびhoxbbクラスターの機能解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 菊地守道、山田一哉、前野哲輝、荒木 颯、鈴木聖人、石坂瑞樹、小林大貴、川村哲規
  • 学会等名: 日本動物学会 第91回大会2020（オンライン開催）
• [学会発表] ゼブラフィッシュhoxcaおよびhoxcbクラスターの発生遺伝学的解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 鈴木聖人、山田一哉、前野哲輝、荒木 颯、菊地守道、石坂瑞樹、佐藤こうみ、鈴木賢弥、川村哲規
  • 学会等名: 日本動物学会 第91回大会2020（オンライン開催）
• [学会発表] ゼブラフィッシュhoxbaおよびhoxbbクラスター欠失変異体の表現型解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 菊地守道、山田一哉、前野哲輝、荒木 颯、鈴木聖人、石坂瑞樹、赤間 燿、河部由貴、小林大貴、川村哲規
  • 学会等名: 第43回 日本分子生物学会年会（オンライン開催）
• [学会発表] ゼブラフィッシュ胚発生におけるhoxクラスターの機能解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 菊地守道、山田一哉、前野哲輝、荒木 颯、鈴木聖人、石坂瑞樹、赤間 燿、川村哲規
  • 学会等名: 第72回 日本動物学会関東支部会
• [学会発表] 成長に伴うゼブラフィッシュの体節間血管の再配置に関する研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松野由美香、乙坂栞里、鈴木聖人、川村哲規
  • 学会等名: 第72回 日本動物学会関東支部会
• [学会発表] ゼブラフィッシュ成魚の全身骨格および軟組織形成におけるhoxクラスターの機能解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 鈴木聖人、山田一哉、前野哲輝、菊地守道、荒木 颯、石坂瑞樹、赤間 燿、川村 哲規
  • 学会等名: 第72回 日本動物学会関東支部会
• [学会発表] Chemical Screeningを用いたゼブラフィッシュ肋骨形成の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐藤こうみ、川村哲規
  • 学会等名: 第72回 日本動物学会関東支部会
• [学会発表] Transcriptional autoregulation oftbx6 is required for the somite segmentation in zebrafish embryos (2019)
  • 著者名/発表者名: Ban H, Yokota D, Otosaka S, Kikuchi M, Kinoshita H, Fujino Y, Yabe T, Ovara H, Izuka A, Akama K, Yamasu K, Takada S, Kawamura A
  • 学会等名: 第25回 小型魚類研究会
• [学会発表] Different functional roles of hox clusters in zebrafish development (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamada K, Kikuchi M, Maeno A, Araki S, Akama K, Suzuki M, Ishizaka M, Kawamura A
  • 学会等名: 第25回 小型魚類研究会
• [学会発表] ゼブラフィッシュ体幹部形成におけるhoxクラスターの機能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山田一哉、荒木颯、前野哲輝、菊地守道、赤間燿、弥益恭、川村哲規
  • 学会等名: 第71回日本動物学会関東支部会
• [学会発表] ゼブラフィッシュ肋骨形成における体節分節性の役割の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 乙坂栞里、江幡奏美、赤間燿、前野哲輝、田港朝仁、弥益恭、川村哲規
  • 学会等名: 第71回日本動物学会関東支部会
• [学会発表] Autoregulatory loop of tbx6 enables the Ripply-dependent posterior shift of the expression domains of tbx6 transcription and Tbx6 protein in the zebrafish presomitic mesoderm (2018)
  • 著者名/発表者名: Ban H, Yokota D, Otosaka S, Kinoshita H, Fujino F, Yabe T, Ovara H, Izuka A, Akama K, Kage D, Yamasu K, Takada S, and Kawamura A
  • 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
• [図書] 動物の辞典 (2021)
  • 著者名/発表者名: 末光隆志 総編集 (分担執筆）
  • 総ページ数: 772
  • 出版者: 朝倉書店
  • ISBN: 9784254171662
• [備考] 動物の発生を司るHoxクラスターは脊椎動物の進化過程で機能が多様化した
  • URL: http://www.saitama-u.ac.jp/topics_archives/2021-0601-1152-9.html
• [備考] 動物の発生を司るHoxクラスターは脊椎動物の進化過程で機能が多様化した
  • URL: https://www.nig.ac.jp/nig/ja/2021/06/research-highlights_ja/pr20210607.html
• [備考] 埼玉大学理学部生体制御学科ホームページ
  • URL: http://seitai.saitama-u.ac.jp/index.html
• [備考] 埼玉大学理学部生体制御学科・ 発生生物学研究室ホームページ
  • URL: http://devbiol.seitai.saitama-u.ac.jp/
• [備考] 埼玉大学理学部生体制御学科・発生生物学研究室ホームページ
  • URL: http://devbiol.seitai.saitama-u.ac.jp/
• [備考] 埼玉大学理学部生体制御学科
  • URL: http://seitai.saitama-u.ac.jp/
• [備考] 埼玉大学理学部生体制御学科 発生生物学研究室
  • URL: http://devbiol.seitai.saitama-u.ac.jp/