表皮形成時においてGrhl3 因子と相互作用するタンパク質の機能解析

• 研究課題/領域番号: 19K06685
• 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: 地方独立行政法人大阪府立病院機構大阪母子医療センター(研究所)
• 研究代表者: 吉田 千春 地方独立行政法人大阪府立病院機構大阪母子医療センター(研究所), 病因病態部門, 主任研究員 (60360666)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023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: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 神経管閉鎖不全 / 脱ユビキチン酵素 / マウス / 表皮形成 / 二分脊椎 / 遺伝子欠損マウス / 表皮分化 / 核内局在 / 顕在性二分脊椎 / 核-細胞質輸送 / カノニカルWnt経路 / 脱ユビキチン化 / ノンカノニカル / 上皮形成 / 遺伝子改変マウス / 先天異常 / 分子輸送 / 神経管閉鎖

研究開始時の研究の概要

神経管閉鎖期の表皮では、外胚葉性前駆細胞が表皮細胞へと運命決定された後、引き続いてアクトミオシンなどの細胞骨格を活性化させることで、変形に強い頑強な組織となることがわかっている。特に、この表皮細胞の動態変化に核内転写因子であるGRHL3因子が細胞質で機能することが鍵となっていることも明らかにしている。
しかし、GRHL3が核内転写因子として作用した後、細胞質内へと移行する際に、どのような分子機序が働いているのか全くわかっていない。そこで本研究では、Grhl3が核内での転写因子として機能した後、アクトミオシンを活性化するために細胞質へ移行する過程で必要となる分子の探索を行う。

研究成果の概要

我々は神経管閉鎖時における表皮形成に二つの重要なプロセスがあると提唱してきた。まず「未分化外胚葉細胞から表皮細胞へ運命決定される」過程、それに続いて「特異な表皮細胞を作り出す」過程である。表皮形成のマスター因子Grhl3因子 は、表皮細胞への運命決定時には核内局在し転写因子としてカノニカルWnt経路と作用する 。その後表皮細胞内で、GRHL3因子は細胞質内へと局在を移し、ノンカノニカルWnt経路 (PCP経路)と共に働き細胞骨格に富んだ特異な表皮細胞を形成する。そこで、これら結果を基盤に Grhl3因子の核から細胞質への移行に、どのような分子が関与しているのか解明を目指す。

研究成果の学術的意義や社会的意義

我々が明らかにした一つの分子が核から細胞質へ局在を変えることで異なるシグナル経路を活性化し、細胞分化と細胞形態変化を制御するシステムは表皮に限らず、他の器官形成や癌、免疫においても同様な機序が働いている可能性がある。このシステムが明らかにできれば非常に新規性が高い知見となる。
一方、神経管閉鎖不全は外科的手術以外に治療法は無く、妊娠時の葉酸服用という予防的な医療が進められているが葉酸の補充では予防し得ない二分脊椎が存在し、現況以上の大幅な発症頻度の減少は期待出来ない。そこで本研究が遂行されることで神経管閉鎖不全症候群の新規な発症予防法・症状の軽減緩和方法に道を開くことを期待している。

研究成果

• [雑誌論文] Developmental and mechanical roles of Reichert's membrane in mouse embryos (2022)
  • 著者名/発表者名: Isao Matsuo, Chiharu Kimura-Yoshida, Yoko Ueda.
  • 雑誌名: Philos Trans R. Soc Lond B Biol Sci. 巻: 377 号: 1865 ページ: 20210257-20210257
  • DOI: 10.1098/rstb.2021.0257
  • 査読あり
• [雑誌論文] USP39 is essential for mammalian epithelial morphogenesis through upregulation of planar cell polarity components (2022)
  • 著者名/発表者名: Kimura-Yoshida C, Mochida K, Kanno SI, Matsuo I.
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 378 号: 1 ページ: 1-18
  • DOI: 10.1038/s42003-022-03254-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] BET proteins are essential for the specification and maintenance of the epiblast lineage in mouse preimplantation embryos. (2022)
  • 著者名/発表者名: Tsume-Kajioka M, Kimura-Yoshida C, Mochida K, Ueda Y, Matsuo I
  • 雑誌名: BMC Biology 巻: 20 号: 1 ページ: 01251-0
  • DOI: 10.1186/s12915-022-01251-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of Cell Autonomous and Non-Cell Autonomous Functions of Heparan Sulfate Glycosaminoglycan Chains by Creating Chimeric Mouse Embryos (2022)
  • 著者名/発表者名: Matsuo I, Kimura-Yoshida C.
  • 雑誌名: Methods in molecular biology. 巻: 2303 ページ: 579-593
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-1398-6_44
  • ISBN: 9781071613979, 9781071613986
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Intrauterine pressures adjusted by Reichert’s membrane are crucial for early mouse morphogenesis. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoko Ueda, Chiharu Kimura-Yoshida, Kyoko Mochida, Mami Tsume, Yoshitaka Kameo, Taiji Adachi, Olivier Lefebvre, Ryuji Hiramatsu and Isao Matsuo
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 31 号: 7 ページ: 107637-107637
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.107637
  • NAID: 120006951713
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Competition for Mitogens Regulates Spermatogenic Stem Cell Homeostasis in an Open Niche (2019)
  • 著者名/発表者名: Kitadate Y., Jorg DJ., Tokue M,. Maruyama A., Ishikawa R., Tsuchiya S., Segi-Nishida E., Nakagawa T., Uchida A., Kimura-Yoshida C., Mizuno S., Sugiyama F., Azami T., Ema M., Noda C., Kobayashi S., Matsuo I., Kanai Y., Nagasawa T., Sugimoto Y., Takahashi S., Simons BD., Yoshida S.
  • 雑誌名: Cell Stem Cell 巻: 24 号: 1 ページ: 79-92
  • DOI: 10.1016/j.stem.2018.11.013
  • NAID: 120007128265
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 神経管閉鎖に働く特異な表皮細胞を誘導する新規因子の探索 (2023)
  • 著者名/発表者名: 木村‐吉田 千春, 持田 京子，菅野新一郎, 松尾 勲
  • 学会等名: 第126回日本小児科学会学術集会
• [学会発表] USP39 is essential for mammalian epithelial morphogenesis through upregulation of planar cell polarity components. (2023)
  • 著者名/発表者名: Chiharu Kmura-Yoshida, Kyoko Mochida, Shin-Ichiro Kanno, Isao Matsuo
  • 学会等名: The 56th annual meeting of the Japanese Society of Developmental Biologists
  • 国際学会
• [学会発表] 哺乳動物の上皮形成過程において、脱ユビキチン化酵素USP39因子は平面内極性(PCP経路）構成因子を活性化することで機能する (2022)
  • 著者名/発表者名: 木村-吉田千春、持田京子、菅野新一郎、松尾勲
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会 （幕張メッセ）
• [学会発表] マウス胚を用いた力学測定の実践 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木村―吉田 千春、上田 陽子
  • 学会等名: 日本動物学会関東支部 第73回大会 公開シンポジウム
• [学会発表] Intrauterine mechanical environment produced by smooth muscle contractions for early mouse morphogenesis (2021)
  • 著者名/発表者名: Isao Matsuo, Chiharu Kimura-Yoshida, Yoko Ueda
  • 学会等名: 第126回日本解剖学会総会・全国学術集会 第98回日本生理学会大会 合同大会 細胞・組織のメカニクス
• [学会発表] Principles in the symmetry breaking in animal and plant development Embryo shape change from sphere to egg-cylinder mediated by intrauterine pressures is crucial for mouse primary axis formation. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoko Ueda, Chiharu Kimura-Yoshida, Kyoko Mochida, Mami Tsume, Yoshitaka Kameo, Taiji Adachi, Lefebvre Olivier, Ryuji Hiramatsu, Isao Matsuo
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会 MBSJ2020
• [学会発表] BRD4はJAK/STAT標的遺伝子の転写活性化を介してマウス着床前胚におけるエピブラストの特異化に必要である (2020)
  • 著者名/発表者名: 爪麻美、木村－吉田千春、上田陽子、持田京子、松尾勲
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会 MBSJ2020
• [学会発表] マウス胚卵円筒形成に必要な子宮内の力学的環境 (2019)
  • 著者名/発表者名: Ueda Y., Kimura-Yoshida C., Matsuo I.
  • 学会等名: 第52回日本発生生物学会大会 （大阪）
  • 招待講演
• [学会発表] GRHL3タンパクの細胞質における局在が上皮細胞の分化過程から形態形成過程へと進行させる (2019)
  • 著者名/発表者名: Kimura-Yoshida C., Mochida K., Nakaya M., Mizutani T., Matsuo I.
  • 学会等名: 第52回日本発生生物学会大会 （大阪）