Toll様受容体シグナルが促進する脱分化誘導因子のエピジェネティックな発現制御

• 研究課題/領域番号: 21K06121
• 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: 岡山大学
• 研究代表者: 板東 哲哉 岡山大学, 医歯薬学域, 講師 (60423422)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: コオロギ / 再生 / 再生芽細胞 / マクロファージ / 活性酸素 / Toll受容体シグナル / オートファジー / エピゲノム / Toll様受容体 / 昆虫

研究開始時の研究の概要

ヒトが手や足を失うと再生できないが、昆虫や両生類など多くの生物が付属肢を再生できる。申請者はコオロギの脚再生過程を解析し、マクロファージに発現するToll様受容体（TLR）が再生に必要であることを発見した。コオロギの脚再生において、TLRシグナルが標的遺伝子の発現をエピジェネティックに制御するメカニズムを解析することで、器官再生の促進機構とその普遍性を明らかにする。

研究実績の概要

フタホシコオロギの後脚を脛節で切断すると、創傷部位が瘡蓋に覆われ、創傷部位周辺にToll受容体やスカベンジャー受容体Crqを発現する昆虫マクロファージ（プラズマ細胞）が遊走する。プラズマ細胞を枯渇させると脚再生が阻害されたことから、プラズマ細胞のどのような機能が再生に重要かを解明する目的で、ROSを産生するDuoxの機能解析を行った。Duox(RANi)個体では、再生脚の先端が肥大し、脱皮が阻害されて個体サイズが小さいまま幼虫致死となった。抗4-HNE抗体で染色すると、コントロール個体と比較してDuox(RNAi)個体では脂質過酸化物4-HNEが減少していた。また、細胞増殖をコントロール個体と比較すると、Duox(RNAi)では脚切断後2日目(2dpa)で細胞増殖が亢進し、5dpaでは減少していた。再生脚を切片化してヘマトキシリン・エオシン染色を行ったところ、Duox(RNAi)個体では5dpaに血球が再生脚に過剰に遊走して肥大していた。血球マーカー遺伝子などの発現を調べたところ、フェノールオキシダーゼやToll受容体の発現が増加しており、エノシトイドやプラズマ細胞が増加していると考えられた。さらに未分化細胞に発現するnanosも増加しており、未分化の幹細胞も増加していると考えられた。再生脚への血球の遊走には、プラズマ細胞が産生するサイトカインが関係すると考え、Toll受容体のリガンドSpzについて発現解析を行ったところ、Duox(RNAi)個体ではSpz2の発現が増加、Spz3とSpz6の発現が減少し、spzとneurotrophin1の発現は変化がなかった。これらの結果から、Duoxにより産生されるROSが、脚再生過程における血球遊走や細胞増殖を制御することが明らかとなった。今後は細胞増殖を制御する機構の解明を進めたい。

研究成果

• [雑誌論文] Toll signalling promotes blastema cell proliferation during cricket leg regeneration via insect macrophages (2022)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Bando, Misa Okumura, Yuki Bando, Marou Hagiwara, Yoshimasa Hamada, Yoshiyasu Ishimaru, Taro Mito, Eri Kawaguchi, Takeshi Inoue, Kiyokazu Agata, Sumihare Noji, Hideyo Ohuchi
  • 雑誌名: Development 巻: 149(8) 号: 8 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1242/dev.199916
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Insights into the genomic evolution of insects from cricket genomes (2021)
  • 著者名/発表者名: Guillem Ylla, Taro Nakamura, Takehiko Itoh, Rei Kajitani, Atsushi Toyoda, Sayuri Tomonari, Tetsuya Bando, Yoshiyasu Ishimaru, Takahito Watanabe, Masao Fuketa, Yuji Matsuoka, Austen A. Barnett, Sumihare Noji, Taro Mito & Cassandra G. Extavour
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 4 号: 1 ページ: 733-733
  • DOI: 10.1038/s42003-021-02197-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] フタホシコオロギが解き明かす免疫と再生の思いがけない関係 (2021)
  • 著者名/発表者名: 板東 哲哉, 奥村 美紗, 濱田 良真, 大内 淑代
  • 雑誌名: 昆虫と自然 巻: 57 ページ: 33-36
• [学会発表] Regulation of blastema cell proliferation during cricket leg regeneration via reactive oxygen species (2023)
  • 著者名/発表者名: Misa Okumura, Tetsuya Bando, Hideyo Ohuchi
  • 学会等名: The 56th Annual Meeting of the Japanese Society of Developmental Biologists
• [学会発表] マクロファージと活性酸素による昆虫脚再生の制御 (2022)
  • 著者名/発表者名: 板東哲哉、奥村美紗、大内淑代
  • 学会等名: 日本解剖学会 第76回中国・四国支部学術集会
• [学会発表] コオロギ脚再生におけるNADPH oxidasesにより産生される活性酸素の役割 (2022)
  • 著者名/発表者名: 奥村美紗、板東哲哉、大内淑代
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Toll受容体と活性酸素による昆虫の器官再生の制御 (2022)
  • 著者名/発表者名: 板東哲哉、奥村美紗、大内淑代
  • 学会等名: 第127回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [学会発表] NADPH oxidasesによるコオロギ脚再生の制御メカニズム (2021)
  • 著者名/発表者名: 板東哲哉、奥村美紗、大内淑代
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会（MBSJ2021）
• [備考] 免疫に働くToll受容体がコオロギの再生を促進するメカニズムを解明
  • URL: https://www.okayama-u.ac.jp/tp/release/release_id900.html
• [備考] Okayama University Medical Research Updates
  • URL: https://www.okayama-u.ac.jp/tp/news/news_id11026.html