• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

組織再生における位置情報メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 22K19306
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分44:細胞レベルから個体レベルの生物学およびその関連分野
研究機関東京工業大学

研究代表者

川上 厚志  東京工業大学, 生命理工学院, 准教授 (00221896)

研究分担者 川口 茜  国立遺伝学研究所, ゲノム・進化研究系, 助教 (10749013)
研究期間 (年度) 2022-06-30 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2024年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2023年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
キーワード組織再生 / ゼブラフィッシュ / ヒレ / 位置情報 / エピゲノム
研究開始時の研究の概要

多細胞体には位置情報が存在すると考えられるが,発生後の組織における存在は明らかでない。私達は,移植実験によって,魚類の鰭条に長さを指令する情報が内在性に存在し,安定な細胞記憶であることを明らかにした。位置情報は,再生芽細胞の増殖を介して,形状を作ると考えられる。さらに,この安定な性質は,エピジェネティックな修飾の関与を示唆している。
本研究では,鰭条毎の位置情報の性質をさらに検証し,部域的な増殖差を生み出す機構,位置情報に従って発現が異なる制御因子,さらに,制御因子発現におけるエピジェネティックな機構の関与,さらに,エピジェネティックな細胞記憶の組織形成時における正立機構について解明する。

研究実績の概要

多細胞体には位置情報が存在すると考えられるが,発生後の組織における存在は明らかでない。私達は,移植実験によって,魚類の鰭条に長さを指令する情報が内在性に存在し,鰭条毎の位置情報は長期に安定で繰り返し再生を行った場合でもほぼ変化しないこと,鰭条の長さ情報は基部―先端部に沿って一様に分布していることを初年度の研究で明らかにした。また,長い鰭条と短い鰭条の位置情報に従って発現が制御される制御因子の探索を試み,いくつかの鰭条毎に発現量が異なる,再生芽の増殖を制御すると考えられる遺伝子候補を同定した。
再生組織は切断面の再生芽の増殖によって再形成されることから,長さの情報は鰭条毎に発現量が異なるような再生芽の増殖因子であろうと考えられた。そこで,長い短い鰭条間で異なって増殖を制御すると予想された候補遺伝子の強制発現によるアプローチを試みた。RNAプロファイリングによって同定した,Inhibin/Tgfb/Bmpの阻害分子であるFolistatin-like遺伝子や,Wntリガンドの阻害分子であるDkk3を増殖制御因子について,熱誘導プロモーター下に発現するコンストラクトの作製とトランスジェニックゼブラフィッシュの作製を行い,強制発現したFollistatin-like, Dkk3の再生時のヒレ形態への効果を検証した。しかしながら,組織全体での強制発現では再生した長さへの明瞭な効果はこれまでのところ認められていない。
位置情報とは組織の部域による増殖制御であること,さらにそれは長期に安定で細胞に内在のものであることが見えてきた。このような増殖のチューニングには,増殖に関わるような遺伝子の,細胞系譜や部域によるエピジェネティックな制御が関わると考えられる。そこで,さらに位置情報メカニズムを解明するアプローチとして,ヒレの部域毎のゲノムワイドなエピジェネティック解析を進めている。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

多細胞体における位置情報のメカニズムについて,今年度においては以下の研究の進捗があった。
1.鰭条間で異なって増殖を制御すると予想された遺伝子の強制発現によるアプローチを試みた。長い短い鰭条の発現遺伝子レベルをRNAプロファイリングによって比較し,いくつかの候補遺伝子を同定した。
2.RNAプロファイリングによって同定したFolistatin-like遺伝子およびDkk3を,熱誘導プロモーター下に発現するコンストラクトの作製とトランスジェニックゼブラフィッシュの作製を行った。いくつかのトランスジェニック系統を作製し,これらを用いて強制発現したFollistatin-like, Dkk3の再生ヒレ形態への効果を検証した。トランスジェニックの作製には最低でも3世代の交配を要したが,それらの解析はほとんど差が認められず,予想よりも多くの時間を要した。おそらく,発現効率が内在のものを遥かに超えるほど多くなく,内在の遺伝子の領域差を埋めるほどではなかった可能性が考えられる。今後,一部の領域での発現を誘導するような方法が必要であろう。
3.これまでの解析から,位置情報とは組織の部域による増殖制御であること,さらにそれは長期に安定で細胞に内在のものであることが解明できた。このような増殖のチューニングには,増殖に関わるような遺伝子の,細胞系譜や部域によるエピジェネティックな制御が関わると考えられ,ヒレの部域毎のゲノムワイドなエピジェネティック解析を進めている。このために,エピジェネティック解析の専門家,川口茜博士らと共同研究を開始し,当初の予定よりはやや遅れたが,組織のサンプリング,RNA抽出等を完了したところである。
以上,計画の見直しもあり,進捗はやや遅れている。

今後の研究の推進方策

多細胞体における位置情報のメカニズム解明のため,今後は以下の研究を推進する予定である。
1.これまでの解析から,位置情報とは組織の部域による増殖制御であること,さらにそれは長期に安定で細胞に内在のものであることが解明でき,増殖に関わるような遺伝子の,細胞系譜や部域によるエピジェネティックな制御が位置情報の実体に関わると考えられた。そこで,ヒレの部域毎のゲノムワイドなエピジェネティック解析を進め,発現が部域によって異なる遺伝子,特に増殖制御に関わるものの周囲のエピゲノムの違いを同定する。
2.明らかになったゲノムDNA上の修飾の違いが発現差に結びついているか,遺伝学的な改変を行って検証する。また,それによって,ヒレの形態そのものも改変可能か検証する。
3.ヒレ鰭条の長さの違いは再生芽の増殖の程度によっているが,細胞の増殖速度に差があるのか,最初に再生芽にリクルートされてくるプライム化された細胞数に差があるのか,それらの両方なのかは明らかでない。そこで,Cre-loxPなどの細胞標識を用いて,再生芽へとリクルートされる間葉細胞の数と,それらの増殖速度,増殖率を計測することにより,位置情報の形態への翻訳機構を明らかにする。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Live tracking of basal stem cells of the epidermis during growth, homeostasis, and injury response in zebrafish.2024

    • 著者名/発表者名
      Liu, Z., Meng, Y., Ishikura, A., and Kawakami, A.
    • 雑誌名

      Development

      巻: 151 号: 2

    • DOI

      10.1242/dev.202315

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] ndependent mesenchymal progenitor pools respectively produce and maintain osteogenic and chondrogenic cells in zebrafish.2024

    • 著者名/発表者名
      Komiya, H., Sato, Y., Kimura, H., and Kawakami, A.
    • 雑誌名

      Development Growth & Differentiation

      巻: 66 号: 2 ページ: 161-171

    • DOI

      10.1111/dgd.12908

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Splashed E-box and AP-1 motifs cooperatively drive regeneration response and shape regeneration abilities2023

    • 著者名/発表者名
      Tamaki Teruhisa、Yoshida Takafumi、Shibata Eri、Nishihara Hidenori、Ochi Haruki、Kawakami Atsushi
    • 雑誌名

      Biology Open

      巻: 12 号: 2

    • DOI

      10.1242/bio.059810

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書 2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A PI3Kg signal regulates macrophage recruitment to injured tissue for regenerative cell survival.2022

    • 著者名/発表者名
      Zhou, S., Liu, Z., & Kawakami, A.
    • 雑誌名

      Development, Growth & Differentiation

      巻: 64 号: 8 ページ: 433-445

    • DOI

      10.1111/dgd.12809

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] A paradox of RA administration: an overload of RA signaling causes RA signaling suppression2023

    • 著者名/発表者名
      Kumpei Murase, Eri Tanishita, Tomoya Nakashima, Ayumi Nagashima, Atsushi Kawakami
    • 学会等名
      第57回日本発生生物学会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Origin of epidermal basal stem cells and their behavior during homeostasis and injury responses in zebrafish2023

    • 著者名/発表者名
      Zhengcheng Liu, Yidan Meng, Ayu Ishikura, and Atsushi Kawakami
    • 学会等名
      第57回日本発生生物学会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] ゼブラフィッシュの組織再生エンハンサーを介した細胞応答メカニズム2023

    • 著者名/発表者名
      吉田貴史、田牧輝久、柴田恵里、西原秀典、越智陽城、川上厚志
    • 学会等名
      第93回日本動物学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 骨芽細胞と軟骨芽細胞を産生する間葉細胞はゼブラフィッシュの生涯を通じて別の系譜をたどる2023

    • 著者名/発表者名
      小宮広滉,佐藤優子,木村宏,川上厚志
    • 学会等名
      第93回日本動物学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Origin and lineage of the basal stem cells of the epidermis in zebrafish2022

    • 著者名/発表者名
      Zhengcheng Liu, Yidan Meng, Atsushi Kawakami
    • 学会等名
      第28回 小型魚類研究会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Origin and lineage of mesenchymal cells in zebrafis2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Komiya and Atsushi Kawakami
    • 学会等名
      第56回日本発生生物学会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Origin and lineage of the basal stem cells of the epidermis in zebrafish fin2022

    • 著者名/発表者名
      Zhengcheng Liu, Yidan Meng, and Atsushi Kawakami
    • 学会等名
      第56回日本発生生物学会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Excess retinoic acid signaling induces retinoic acid clearance to suppress regeneration of zebrafish fin2022

    • 著者名/発表者名
      Kumpei Murase, Eri Tanishita, Tomoya Nakashima, Ayumi Nagashima, Atsushi Kawakami
    • 学会等名
      第56回日本発生生物学会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Regeneration response enhancers composed of E-box and AP-1 motifs2022

    • 著者名/発表者名
      Takafumi Yoshida, Teruhisa Tamaki, Eri Shibata, Hidenori Nishihara, Haruki Ochi, Atsushi Kawakami
    • 学会等名
      第56回日本発生生物学会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] ゼブラフィッシュ尾鰭間葉細胞の起源と成長,再生における細胞系譜2022

    • 著者名/発表者名
      小宮広滉,川上厚志
    • 学会等名
      第74回日本動物関東支部年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] ゼブラフィッシュの組織再生における再生応答エンハンサー2022

    • 著者名/発表者名
      吉田貴史、田牧輝久、柴田恵里、西原秀典、越智陽城、川上厚志
    • 学会等名
      第74回日本動物関東支部年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] RARアゴニストはRA分解を誘導して再生を阻害する2022

    • 著者名/発表者名
      村瀬訓平,谷下絵里,中島朋哉,永嶌鮎美,川上厚志
    • 学会等名
      第74回日本動物関東支部年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Study of epidermal homeostasis and regeneration by long-term lineage tracing of basal stem cells in zebrafish2022

    • 著者名/発表者名
      Zhengcheng Liu, Yidan Meng, and Atsushi Kawakami
    • 学会等名
      第74回日本動物関東支部年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] The origin and lineage of cells that give rise to the zebrafish fin2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Komiya and Atsushi Kawakami
    • 学会等名
      17th International Zebrafish
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The combination of E-box and AP-1 motifs functions as the regeneration-response enhancer2022

    • 著者名/発表者名
      Takafumi Yoshida, Teruhisa Tamaki, Eri Shibata, Hidenori Nishihara, Haruki Ochi, Atsushi Kawakami
    • 学会等名
      17th International Zebrafish
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] RARアゴニストはRAシグナルのアンタゴニストとして作用して,ゼブラフィッシュの尾ひれ再生を阻害する2022

    • 著者名/発表者名
      村瀬訓平,谷下絵里,中島朋哉,永嶌鮎美,川上厚志
    • 学会等名
      第93回日本動物学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Origin and lineage of basal stem cells of the skin in zebrafish fin and their behavior during normal development and regeneration2022

    • 著者名/発表者名
      Yidan Meng, Zhengcheng Liu, and Atsushi Kawakami
    • 学会等名
      第93回日本動物学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2022-07-05   更新日: 2024-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi