| 研究課題/領域番号 |
23K21327
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| 補助金の研究課題番号 |
21H02536 (2021-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2021-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分45020:進化生物学関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
牧野 能士 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (20443442)
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| 研究分担者 |
熊野 岳 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (80372605)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2024年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
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| キーワード | 再生 / 高再生能力 / 脱メチル化酵素 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
我々は、比較ゲノム解析によりプラナリアなどの再生能力が高い生物だけが持つ遺伝子HRJDを発見し、プラナリアのHRJDの発現を抑制すると再生せずに死亡することを見出した。節足動物にはHRJDが保存されていないと考えられていたが、近年、ウミグモやサソリなどの一部の鋏角類にHRJDが存在していることを突き止めた。本研究では、ウミグモとサソリの胴体切断後の再生過程に関わる遺伝子としてHRJDに着目し、胴体切断前後の遺伝子発現、エピジェネティックな状態を比較し、再生能力が低いと考えられてきた節足動物において、HRJDが生み出す高い再生能力の分子基盤に迫る。
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| 研究実績の概要 |
多くの動物は損傷を受けた組織や器官を再生する能力を持つ。再生能力が高い種において再生に関与する遺伝子群が明らかになりつつあるが、種によって再生能力が大きく異なる背景にある分子基盤や、こうした違いに繋がる進化過程はよく分かっていない。我々は、胴体を再生できる種を高再生能力種、胴体を再生できない節足動物、線形動物、脊椎動物を低再生能力種と定義し、比較ゲノム解析により高再生能力種に特異的な遺伝子の探索を行った。その結果、高再生能力種のみで保存されている極めて稀な進化パターンを示す遺伝子HRJDを発見した。再生過程におけるHRJDの機能を調べるため、高再生能力種であるプラナリアが持つのHRJDの発現をRNAiによりノックダウンした。その結果、胴体切断プラナリア個体の約50%が再生せずに死亡した。このことは、HRJDがプラナリアの再生過程に関与することを示唆している。
本アプローチで発見できた遺伝子はHRJDのみであったが、その理由として、動物の共通祖先ですでに存在していたと仮定される再生関連遺伝子を探索していたことが挙げられる。そこで我々は、左右相称動物とその近縁分類群である刺胞動物に対象を絞り、高再生能力種のみに保存される遺伝子群の探索を行った。その結果、再生能力の高い種のゲノムにのみ保存されている10遺伝子(HRJD、SLR1101、CAPED、AUL36、TLR、MFS、AVT3C、ARMR、DISP3、DUF21)を見出した。これらの遺伝子の機能を調査するため、再生能力の高いプラナリアを用いて各遺伝子をノックダウンした。その結果、HRJD、DUF21、DISP3、ARMRをノックダウンした際に、切断しない個体は異常が見られない一方で、切断した個体は再生せずに死亡することを見出した。またこれらの遺伝子は切断後に発現量が上昇していることが分かった。これらの結果は、DUF21、DISP3、ARMRが再生過程に関与していくことを強く示唆している。
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| 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
ヤエヤマサソリは後腹部を切断すると、脱皮時に死亡する個体が多い。このことが、後腹部が再生した個体の確保を困難にしている。そこで、脱皮ホルモンを与えたのちに後腹部を切断するなど取り組んでいるが、脱皮成功率の向上にはつながっていない。
ウミグモの幼体の再生過程を観察するためウミグモ幼体の飼育に取り組んできた。そのためにはウミグモの適切な宿主が必要であるため、十数種のサンゴやイソギンチャクと幼体を一緒に飼育した。しかし、ウミグモ幼体の成長は観察されなかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
ヤエヤマサソリの後腹部を切断すると後腹部が再生するが、脱皮に失敗して死亡する個体が多い。脱皮が失敗せずに再生が成功する確率を高める条件の検討を行う。
ウミグモ幼体の宿主を探索し、幼体の再生過程を観察する系の確立に取り組む。
再生関連遺伝子HRJDの分子機能の調査を実施する。
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