脊椎動物胚の尾芽に存在する多分化能幹細胞の分化と脊髄発生の制御機構

• 研究課題/領域番号: 18K06242
• 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44020:発生生物学関連
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 弥益 恭 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (60230439)
• 研究分担者: 津田 佐知子 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (80736786)
• 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: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: ゼブラフィッシュ / 多分化能細胞 / 尾芽 / 体軸伸長 / 脊髄形成 / 神経発生 / Oct4型POU転写因子 / pou5f3 / 多分化能幹細胞 / 神経管形成 / 脊髄

研究成果の概要

本研究では真骨魚ゼブラフィッシュ（Danio rerio）を用い、Oct4の相同遺伝子pou5f3の体軸伸長への関与を検討した。まず、pou5f3が伸長中の神経管後端特異的に発現することを示した。また、機能阻害・活性化実験と変異体解析により、pou5f3が実際に神経管の伸長と神経発生遺伝子の活性化を行うことを示唆した。一方、pou5f3の発現が各種分泌シグナルによって調節されることを、胚を用いた薬剤処理実験により見出した。以上は、pou5f3が各種シグナルの制御下で発現し、尾芽からの神経発生と脊髄伸長を推進することを示すものである。

研究成果の学術的意義や社会的意義

脊椎動物胚の体軸伸長が胚後端組織での組織新生によることは多くの動物種で知られており、様々な転写因子、分泌因子の関与が明らかになりつつある。一方で、POU型転写因子Oct4の哺乳類初期発生や多能性維持における重要性は広く知られる。本研究は、Oct4型遺伝子が脊髄の伸長を制御することを初めて明らかにしたものであり、学術的に重要な貢献と言える。
なお、ヒトの脊髄については二分脊椎、神経管閉鎖不全など、様々な先天性異常が知られる。事故などによる脊髄損傷の結果、麻痺などの後遺症が残ることもあり、日常生活に大きな支障をきたす。本研究の成果は、これらの疾患の発症機構理解や再生医療に貢献しうるものである。

研究成果

• [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] Involvement of Oct4‐type transcription factor Pou5f3 in posterior spinal cord formation in zebrafish embryos (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuikawa Tatsuya、Ikeda Masaaki、Tsuda Sachiko、Saito Shinji、Yamasu Kyo
  • 雑誌名: Development, Growth & Differentiation 巻: 63 号: 6 ページ: 306-322
  • DOI: 10.1111/dgd.12742
  • 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] Involvement of an Oct4-related PouV gene, pou5f3/pou2, in neurogenesis in the early neural plate of zebrafish embryos (2020)
  • 著者名/発表者名: Inomata Chihiro、Yuikawa Tatsuya、Nakayama-Sadakiyo Yukiko、Kobayashi Kana、Ikeda Masaaki、Chiba Mizuki、Konishi Chihiro、Ishioka Akiko、Tsuda Sachiko、Yamasu Kyo
  • 雑誌名: Developmental Biology 巻: 457 号: 1 ページ: 30-42
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2019.09.002
  • 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] 4D imaging identifies dynamic migration and the fate of gbx2-expressing cells in the brain primordium of zebrafish (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsuda Sachiko、Hiyoshi Kanae、Miyazawa Hiroaki、Kinno Risa、Yamasu Kyo
  • 雑誌名: Neuroscience Letters 巻: 690 ページ: 112-119
  • DOI: 10.1016/j.neulet.2018.09.027
  • 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
• [雑誌論文] Optical measurement of neuronal activity in the developing cerebellum of zebrafish using voltage-sensitive dye imaging (2018)
  • 著者名/発表者名: Okumura Kanoko、Kakinuma Hisaya、Amo Ryunosuke、Okamoto Hitoshi、Yamasu Kyo、Tsuda Sachiko
  • 雑誌名: NeuroReport 巻: 29 号: 16 ページ: 1349-1354
  • DOI: 10.1097/wnr.0000000000001113
  • 査読あり / 国際共著
• [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] Optical interrogation of neuronal circuitry in zebrafish using genetically encoded voltage indicators (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyazawa Hiroaki、Okumura Kanoko、Hiyoshi Kanae、Maruyama Kazuhiro、Kakinuma Hisaya、Amo Ryunosuke、Okamoto Hitoshi、Yamasu Kyo、Tsuda Sachiko
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 6048-6048
  • DOI: 10.1038/s41598-018-23906-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Early development of the enteric nervous system visualized by using a new transgenic zebrafish line harboring a regulatory region for choline acetyltransferase a ( chata ) gene (2018)
  • 著者名/発表者名: Nikaido Masataka、Izumi Saki、Ohnuki Honoka、Takigawa Yuki、Yamasu Kyo、Hatta Kohei
  • 雑誌名: Gene Expression Patterns 巻: 28 ページ: 12-21
  • DOI: 10.1016/j.gep.2018.01.003
  • 査読あり
• [学会発表] Genetic analysis of the mechanism involved in dorsoventral patterning of the developing telencephalon in zebrafish embryos (2021)
  • 著者名/発表者名: Koto Umeda, Takuma Kamimura, Masato Maekawa, Shiho Suzuki, Kaiho Tanaka, Kyo Yamasu
  • 学会等名: 27th Japanese Medaka Zebrafish Meeting
• [学会発表] Regulation of neurogenesis by pou5f3 and retinoic acid in the caudal region of the extending neural tube in zebrafish embryos (2021)
  • 著者名/発表者名: 結川 達也 , 安田 楓 , 石倉 愛悠 , 弥益 恭
  • 学会等名: 第44回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] Developmental genetics study of telencephalon dorsal-ventral patterning in zebrafish (2021)
  • 著者名/発表者名: 上村 拓真、梅田 琴、前川 雅人、鈴木 志保、田中 海帆、弥益 恭
  • 学会等名: 第44回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] Development of the feedback subloop mechanism involved in the biological clock of the zebrafish (2021)
  • 著者名/発表者名: 大﨑 翔梧、池田 亮、今川 夏音;、弥益恭
  • 学会等名: 第44回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] 伸長中の神経管後端における神経発生のpou5f3とBMPシグナルによる制御 (2020)
  • 著者名/発表者名: 結川達也、佐藤武寿、津田佐知子、弥益 恭
  • 学会等名: 日本動物学会第91回大会
• [学会発表] 脊椎動物胚における峡部オーガナイザー細胞の発生運命追跡の試み (2020)
  • 著者名/発表者名: 大柳 毅朗、鈴木志保、弥益 恭
  • 学会等名: 日本動物学会第91回大会
• [学会発表] Fgf8発現細胞の発生過程での挙動を忠実に再現する蛍光標識ゼブラフィッシュ系統の作製 (2020)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 志保，弥益 恭
  • 学会等名: 日本動物学会第91回大会
• [学会発表] Regulation of the posterior development in zebrafish embryos by FGF and Wnt signaling. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yuikawa T, Ikeda M, Tsuda S and Yamasu K
  • 学会等名: 26th Japanese Medaka Zebrafish Meeting
• [学会発表] 峡部オーガナイザーにおける神経発生制御機構と峡部細胞の発生運命の追跡 (2020)
  • 著者名/発表者名: 大柳 毅朗、鈴木 志保、弥益 恭
  • 学会等名: 第43回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] 発生過程におけるfgf8a発現細胞のリアルタイムイメージングと追跡を可能にするゼブラフィッシュ系統の作製 (2020)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 志保、大柳 毅朗、津田 佐知子、弥益 恭
  • 学会等名: 第43回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] Involvement of pou5f3 and soxB1 in neurogenesis at the caudal region of the extending body axis was shown using zebrafish mutants. (2019)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Yuikawa , Takehisa Sato , Sachiko Tsuda , Kyo Yamasu
  • 学会等名: 第42回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] Evaluation of the role of the shadow enhancers for gbx2 in zebrafish using genome editing techniques. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sota Saito, Kyo Yamasu
  • 学会等名: 第42回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] Neurogenesis in the caudal region of the extending body axis in zebrafish embryos is regulated by pou5f3 and soxB1genes. (2019)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Yuikawa, Takehisa Sato, Sachiko Tsuda, Kyo Yamasu
  • 学会等名: 25th Japanese Medaka Zebrafish Meeting
• [学会発表] Studies on the roles of the shadow enhancers of zebrafish gbx2 during development using genome editing approaches. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sota Saito, Kyo Yamasu
  • 学会等名: 25th Japanese Medaka Zebrafish Meeting
• [学会発表] Takero Ohyanagi, Shiho Suzuki, Kyo Yamasu (2019)
  • 著者名/発表者名: Studies on neurogenesis in the isthmic organizer region and its later development.
  • 学会等名: 25th Japanese Medaka Zebrafish Meeting
• [学会発表] Shiho Suzuki, Kyo Yamasu (2019)
  • 著者名/発表者名: Fluorescence labeling of brain forming genes by the homologous recombination-independent knock-in technology.
  • 学会等名: 25th Japanese Medaka Zebrafish Meeting
• [学会発表] The roles of the transcriptional repressive region of zebrafish fgf8a in development revealed by the CRISPR/Cas9 system. (2018)
  • 著者名/発表者名: Saito S and Yamasu K
  • 学会等名: 第41回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] Extension of the posterior structure in zebrafish embryos is regulated by FGF and Wnt signaling. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuikawa T, Sato S, Ikeda M, Tsuda S and Yamasu K
  • 学会等名: 第41回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] Functional compartmentalization of the cerebellar circuits: three-dimensional analysis in zebrafish (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiyoshi K, Yamasu K and Tsuda S
  • 学会等名: 第41回日本神経科学大会
• [学会発表] Optical measurement of neuronal activity in zebrafish brain by genetically encoded voltage indicators (2018)
  • 著者名/発表者名: Okumura K, Miyazawa H, Hiyoshi K, Maruyama K, Kakinuma H, Amo R, Okamoto H, Yamasu K and Tsuda S
  • 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
• [学会発表] Deletion of the transcriptional regulatory region of zebrafish fgf8a affects development of the muscle and notochord. (2018)
  • 著者名/発表者名: Saito S and Yamasu K
  • 学会等名: 24th Japanese Medaka Zebrafish Meeting
• [学会発表] Regulation of the posterior development in zebrafish embryos by FGF and Wnt signaling. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuikawa T, Ikeda M, Tsuda S and Yamasu K
  • 学会等名: 24th Japanese Medaka Zebrafish Meeting
• [学会発表] Zebrafish pou5f3, an Oct4-type class-V POU gene, is involved in neurogenesis in the caudal neural tube. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuikawa T, Ikeda M, Tsuda S and Yamasu K
  • 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年会
• [図書] 発生生物学―基礎から応用への展開 (2019)
  • 著者名/発表者名: 塩尻 信義, 弥益 恭, 加藤 容子, 中尾 啓子（共編）
  • 総ページ数: 169
  • 出版者: 培風館
  • ISBN: 9784563078232
• [図書] 新しい生物科学 (2018)
  • 著者名/発表者名: 弥益 恭、中尾啓子、野口 航（編）
  • 総ページ数: 193
  • 出版者: 培風館
• [備考] 埼玉大学大学院理工学研究科生命科学部門 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
• [備考] 発生生物学研究室
  • URL: http://devbiol.seitai.saitama-u.ac.jp
• [備考] 埼玉大学発生生物学研究室
  • URL: http://devbiol.seitai.saitama-u.ac.jp