環境に応答して胚発生の司令塔オーガナイザーをオス化するシンギュラリティ細胞の同定

• 研究領域: シンギュラリティ生物学
• 研究課題/領域番号: 19H05423
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 複合領域
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 加藤 泰彦 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (60415932)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円); 2020年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2019年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
• キーワード: シンギュラリティ細胞 / オーガナイザー / オス化 / 転写因子 / オオミジンコ / ダブルセックス / ヴリル

研究開始時の研究の概要

甲殻類ミジンコにおいて、わずか１時間の環境刺激で発生プログラムがメス型からオス型へと切り替わる時に生じるシンギュラリティ現象、胚発生の司令塔「オーガナイザー」のオス化を誘導するシンギュラリティ細胞を同定する。このために、「オーガナイザー」のオス化以前に性特異的に転写因子を発現する細胞の挙動をそれぞれライブイメージングにより解析し、各転写因子を発現する細胞の時空間的な関係性を明らかにする。また、それぞれの転写因子の発現に人為的な摂動を与え、シンギュラリティ現象を制御する細胞を明らかにする。

研究実績の概要

本研究では、シンギュラリティ生物学に資する生物現象として甲殻類ミジンコにおける環境依存的なオス決定をモデルとした。私たちは、以前にミジンコの嚢胚におけるオーガナイザー様の領域でオス決定転写因子Dsx1が働き、これがシンギュラリティ現象となってオス化が誘導されることを発見していた。転写因子Vrilleはシンギュラリティ現象よりも前に発現してDsx1を活性化することからVrille発現細胞はシンギュラリティ細胞と予想されることも見出していた。そこで本年度は、VrilleのORFの3´側に緑色蛍光タンパク質mClover3のCDSを CRISPR-Cas9 を用いてノックインし、 Vrille の発現パターンを緑色蛍光のライブイメージングにより時空間的に解析した。その結果、初期胚にオスにおいてのみ起こる Vrille mRNAの極僅かな発現と一致して、嚢胚時期にmClover3ポジティブの少数の細胞を発見した。一方で、HSP70プロモーターの下流にGFPを有する熱ショックレポーター遺伝子をノックインした遺伝子組換えオオミジンコを用いて、IR-LEGO 法により胚に赤外線レーザーを照射することで細胞レベルで熱ショックにより遺伝子発現を誘導する方法を開発することにも成功した。以上の成果から、今後 Vrille 発現に摂動を与え、Vrille 発現細胞がシンギュラリティ細胞として機能しているか明らかにするための基盤が整った。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] The freshwater water flea Daphnia magna NIES strain genome as a resource for CRISPR/Cas9 gene targeting: The glutathione S-transferase omega 2 gene (2022)
  • 著者名/発表者名: Byeon Eunjin、Kim Min-Sub、Kim Duck-Hyun、Lee Yoseop、Jeong Haksoo、Lee Jin-Sol、Hong Sung-Ah、Park Jun Chul、Kang Hye-Min、Sayed Alaa El-Din H.、Kato Yasuhiko、Bae Sangsu、Watanabe Hajime、Lee Young Hwan、Lee Jae-Seong
  • 雑誌名: Aquatic Toxicology 巻: 242 ページ: 106021-106021
  • DOI: 10.1016/j.aquatox.2021.106021
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Development of transgenic Daphnia magna for visualizing homology-directed repair of DNA (2022)
  • 著者名/発表者名: Fatimah Rizky Mutiara、Adhitama Nikko、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 号: 1 ページ: 2497-2497
  • DOI: 10.1038/s41598-022-06526-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cell-Free Synthesis of Human Endothelin Receptors and Its Application to Ribosome Display (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakai Hiroki、Isshiki Kinuka、Hattori Masato、Maehira Hiromasa、Yamaguchi Tatsumi、Masuda Keiko、Shimizu Yoshihiro、Watanabe Takayoshi、Hohsaka Takahiro、Shihoya Wataru、Nureki Osamu、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime、Matsuura Tomoaki
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 巻: 94 号: 9 ページ: 3831-3839
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.1c04714
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mutation of the Cytochrome P450 CYP360A8 Gene Increases Sensitivity to Paraquat in Daphnia magna (2021)
  • 著者名/発表者名: Religia Pijar、Nguyen Nhan Duc、Nong Quang Dang、Matsuura Tomoaki、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime
  • 雑誌名: Environmental Toxicology and Chemistry 巻: 0 号: 5 ページ: 0-0
  • DOI: 10.1002/etc.4970
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sense-overlapping lncRNA as a decoy of translational repressor protein for dimorphic gene expression (2021)
  • 著者名/発表者名: Perez Christelle Alexa Garcia、Adachi Shungo、Nong Quang Dang、Adhitama Nikko、Matsuura Tomoaki、Natsume Toru、Wada Tadashi、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime
  • 雑誌名: PLOS Genetics 巻: 17 号: 7 ページ: e1009683-e1009683
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1009683
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] DNMT3.1 controls trade-offs between growth, reproduction, and life span under starved conditions in Daphnia magna (2021)
  • 著者名/発表者名: Nguyen Nhan Duc、Matsuura Tomoaki、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 0-0
  • DOI: 10.1038/s41598-021-86578-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Complete mitochondrial genome of the freshwater water flea Daphnia magna NIES strain (Cladocera, Daphniidae): Rearrangement of two ribosomal RNA genes (2020)
  • 著者名/発表者名: Lee Jin-Sol、Kim Duck-Hyun、Choi Beom-Soon、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime、Lee Jae-Seong
  • 雑誌名: Mitochondrial DNA Part B 巻: 5 号: 2 ページ: 1822-1823
  • DOI: 10.1080/23802359.2020.1750995
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Oligosaccharides derived from dragon fruit modulate gut microbiota, reduce oxidative stress and stimulate toll-pathway related gene expression in freshwater crustacean Daphnia magna (2020)
  • 著者名/発表者名: Sangkuanun Thanwarat、Wichienchot Santad、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime、Peerakietkhajorn Saranya
  • 雑誌名: Fish & Shellfish Immunology 巻: 103 ページ: 126-134
  • DOI: 10.1016/j.fsi.2020.04.046
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Two Doublesex1 mutants revealed a tunable gene network underlying intersexuality in Daphnia magna (2020)
  • 著者名/発表者名: Nong Quang Dang、Matsuura Tomoaki、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 15 号: 8 ページ: e0238256-e0238256
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0238256
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Roles of and cross-talk between ecdysteroid and sesquiterpenoid pathways in embryogenesis of branchiopod crustacean Daphnia magna (2020)
  • 著者名/発表者名: Adhitama Nikko、Kato Yasuhiko、Matsuura Tomoaki、Watanabe Hajime
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 15 号: 10 ページ: e0239893-e0239893
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0239893
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Production of genome-edited Daphnia for heavy metal detection by fluorescence (2020)
  • 著者名/発表者名: Arao Takuto、Kato Yasuhiko、Nong Quang Dang、Yamamoto Hiroshi、Watanabe Haruna、Matsuura Tomoaki、Tatarazako Norihisa、Tani Kazune、Okamoto Akira、Matsumoto Takeru、Watanabe Hajime
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 21490-21490
  • DOI: 10.1038/s41598-020-78572-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Caloric restriction upregulates the expression ofDNMT3.1, lacking the conserved catalytic domain, inDaphnia magna (2020)
  • 著者名/発表者名: Nguyen Nhan Duc、Matsuura Tomoaki、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime
  • 雑誌名: genesis 巻: 58 号: 12
  • DOI: 10.1002/dvg.23396
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reduction of histamine and enhanced spinning behavior of Daphnia magna caused by scarlet mutant (2020)
  • 著者名/発表者名: Ismail Nur Izzatur Binti、Kato Yasuhiko、Matsuura Tomoaki、G?mez‐Canela Cristian、Barata Carlos、Watanabe Hajime
  • 雑誌名: genesis 巻: 59 号: 3
  • DOI: 10.1002/dvg.23403
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Variations in effects of ectosymbiotic microbes on the growth rates among different species and genotypes of Daphnia fed different algal diets (2020)
  • 著者名/発表者名: Zhang Xuan、Ohtsuki Hajime、Makino Wataru、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime、Urabe Jotaro
  • 雑誌名: Ecological Research 巻: 36 号: 2 ページ: 303-312
  • DOI: 10.1111/1440-1703.12194
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Biogenesis and Function of the Noncoding Isoform-Type LncRNAs (2020)
  • 著者名/発表者名: Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime
  • 雑誌名: The Chemical Biology of Long Noncoding RNAs (RNA Technologies, 11) 巻: - ページ: 85-102
  • DOI: 10.1007/978-3-030-44743-4_3
  • ISBN: 9783030447427, 9783030447434
  • 査読あり
• [雑誌論文] In vitro synthesis of the human calcium transporter Letm1 within cell-sized liposomes and investigation of its lipid dependency (2019)
  • 著者名/発表者名: Okamura Kosuke、Matsushita Shuhei、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime、Matsui Aiko、Oka Toshihiko、Matsuura Tomoaki
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 巻: 127 号: 5 ページ: 544-548
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2018.11.003
  • NAID: 40021891579
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Parasite‐mediated selection in a natural metapopulation of Daphnia magna (2019)
  • 著者名/発表者名: Cabalzar Andrea P.、Fields Peter D.、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime、Ebert Dieter
  • 雑誌名: Molecular Ecology 巻: 28 号: 21 ページ: 4770-4785
  • DOI: 10.1111/mec.15260
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Class?III Polyphosphate Kinase?2 Enzymes Catalyze the Pyrophosphorylation of Adenosine‐5′‐Monophosphate (2019)
  • 著者名/発表者名: Ogawa Marin、Uyeda Atsuko、Harada Kazuo、Sato Yu、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime、Honda Kohsuke、Matsuura Tomoaki
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 20 号: 23 ページ: 2961-2967
  • DOI: 10.1002/cbic.201900303
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 甲殻類ミジンコの性決定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 加藤泰彦、渡邉肇
  • 雑誌名: 甲殻類ミジンコの性決定 巻: 54 ページ: 4-7
• [学会発表] Functional analysis of the lncRNA interacting protein CELF2 in regulating the sex-determining gene dsx1 in Daphnia magna (2021)
  • 著者名/発表者名: Tirta, Y. K., Adachi, S., Perez, C.A.G., Nong, Q.D., Natsume, T., Kato, Y., Watanabe, H.
  • 学会等名: 第22回日本RNA学会年会
• [学会発表] Sense-overlapping lncRNA as a decoy of translational repressor protein for dimorphic gene expression (2021)
  • 著者名/発表者名: Perez, C.A.G., Adachi, S., Nong, Q.D., Adhitama, N., Natsume, T., Wada, T., Kato, Y., Watanabe, H.
  • 学会等名: 第22回日本RNA学会年会
• [学会発表] 遺伝子編集ミジンコを用いた環境水中のホルモン様活性のバイオモニタリング (2021)
  • 著者名/発表者名: Hsieh, L-C., 野田彩乃、Nikko Adhitama、加藤泰彦、渡邉肇
  • 学会等名: 第48回日本毒性学会学術年会
• [学会発表] 環境水のホルモン様活性可視化ミジンコの作製 (2020)
  • 著者名/発表者名: 加藤泰彦、野田彩乃、Nikko Adhitama、渡邉肇
  • 学会等名: 第47回日本毒性学会学術年会
• [学会発表] Functional analyses of Polycomb in Daphnia magna (2020)
  • 著者名/発表者名: Leim. J., Kato. Y., Watanabe, H.
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] オオミジンコ (Daphnia magna) の脂肪酸代謝における共生菌の機能解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 丸山樹生、加藤泰彦、渡邉肇
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] オオミジンコにおける生存戦略を決定する化学コミュニケーションの解明 (2020)
  • 著者名/発表者名: 西上旺希、加藤泰彦、渡邉肇
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] オオミジンコへのオーキシンデグロンシステムの導入 (2020)
  • 著者名/発表者名: 阪本寛菜、西村浩平、加藤泰彦、渡邉肇
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] DNMT3.1は、ミジンコ類の甲殻類Daphnia magnaの飢餓状態での寿命と、成長と繁殖力の間のトレードオフを制御します。 (2020)
  • 著者名/発表者名: Nguyen. N.、松浦友亮、加藤泰彦、渡邉肇
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 甲殻類ミジンコにおけるメラニン生合成遺伝子の機能解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 林笑梨紗、加藤泰彦、渡邉肇
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] オオミジンコにおける非相同末端結合に関わる遺伝子のノックアウト (2020)
  • 著者名/発表者名: 宮地秀幸、Fatimah, R.M., 中西貴士、加藤泰彦、渡邉肇
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Roles of and interaction between ecdysteroid and sesquiterpenoid biosynthesis genes in embryogenesis of Daphnia magna (2020)
  • 著者名/発表者名: Adhitama. N., Kato. Y., Matsuura, T., Watanabe, H
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 5' UTR-overlapping lncRNA unlocks Doublesex1 translation by evicting the RNA binding protein Shep (2020)
  • 著者名/発表者名: Perez, C.A.G., Adachi, S., Nong, Q.D., Matsuura, T., Natsume, T., Kato, Y., Watanabe, H.
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Functional analysis of lncRNA interacting protein CELF2 in regulating the sex-determining gene dsx1 in Daphnia magna (2020)
  • 著者名/発表者名: Tirta, Y. K., Adachi, S., Sumi, S., Perez, C.A.G., Nong, Q.D., Matsuura, T., Natsume, T., Kato, Y., Watanabe, H.
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Development of transgenic Daphnia magna for visualizing homology directed repair of DNA double strand break (2020)
  • 著者名/発表者名: Fatimah. R. M., Kato. Y., Matsuura, T., Watanabe, H.
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] GAL4/UASシステムを用いたオオミジンコのエクシステロイド活性検出への応用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山本雄大、山崎勇人、加藤泰彦、渡邉肇
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Molecular mechanism of adaptive sex ratio adjustment in the water flea Daphnia magna (2020)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiko Kato, Quang D. Nong, Christelle Alexa G. Pelez, Nur Syafiqah Mohamad Ishak, Hajime Watanabe
  • 学会等名: EMBL Symposia "The Organism and its Environment"
  • 国際学会
• [学会発表] Monitoring of hormonal activities in the water flea Daphnia magna using genome editing tools (2020)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiko Kato, Ayano Noda, Yudai Yamamoto, Yuto Yamazaki, Nikko Adhitama, Hajime Watanabe
  • 学会等名: EMBL Symposia "The Organism and its Environment"
  • 国際学会
• [学会発表] Molecular mechanism of adaptive sex ratio adjustment in the water flea Daphnia magna (2020)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiko Kato, Quang Dang Nong, Christelle Alexa Garcia Perez, Nur Syafiqah Mohamad Ishak, Hajime Watanabe
  • 学会等名: EMBO | EMBL Symposia The Organism and its Environment
  • 国際学会
• [学会発表] Monitoring of hormonal activities in the water flea Daphnia magna using genome editing tools (2020)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiko Kato, Ayano Noda, Yudai Yamamoto, Yuto Yamazaki, Nikko Adhitama, Hajime Watanabe
  • 学会等名: EMBO | EMBL Symposia The Organism and its Environment
  • 国際学会
• [学会発表] 生殖戦略を決定する化学コミュニケーションの解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西上旺希、加藤泰彦、渡邉肇
  • 学会等名: 新学術領域研究「化学コミュニケーションのフロンティア」第5回公開シンポジウム
• [学会発表] オオミジンコにおける長鎖ノンコーディングRNAによるdoublesex1遺伝子の活性化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 加藤 泰彦，Perez Christelle Alexa，Nong Quang，Mohamad Ishak Nur Syafiqah，和田 忠志，渡邉 肇
  • 学会等名: 日本動物学会 第90回 大阪大会
• [学会発表] Atrazine exposed phytoplankton causes the production of non-viable offspring on Daphnia magna. (2019)
  • 著者名/発表者名: Pijar Religia, Yasuhiko Kato, Ery Odette Fukushima, Tomoaki Matsuura, Toshiya Muranaka, Hajime Watanabe
  • 学会等名: 日本動物学会 第90回 大阪大会
• [学会発表] 環境応答により雌雄を産み分けるミジンコの性スペクトラム (2019)
  • 著者名/発表者名: 加藤 泰彦，Perez Christelle Alexa，Nong Quang，渡邉 肇
  • 学会等名: 新学術領域研究「性スペクトラム _連続する表現型としての雌雄」第3回領域会議
• [学会発表] 遺伝子組み換え技術を応用したオオミジンコにおける幼若ホルモン活性の可視化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 野田彩乃、加藤泰彦、松浦友亮、渡邉肇
  • 学会等名: 第71回日本生物工学会大会
• [学会発表] ビテロジェニン輸送経路を利用した組換えタンパク質のミジンコ卵への蓄積系 (2019)
  • 著者名/発表者名: 辻 勇祐, 加藤 泰彦, 渡邉 肇
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Development of a reporter system to visualize juvenile hormone activity in Daphnia magna (2019)
  • 著者名/発表者名: 野田彩乃、加藤泰彦、松浦友亮、渡邉肇
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] ミジンコにおける生存戦略を決定する化学コミュニケーションの解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西上旺希、加藤泰彦、渡邉肇
  • 学会等名: 「化学コミュニケーションのフロンティア」 第 6 回公開シンポジウム
• [学会発表] ミジンコにおけるオス決定因子Dsx1発現細胞のトランスクリプトーム解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 加藤泰彦, Quang Dang Nong, 渡邉肇
  • 学会等名: 「先進ゲノム支援」2019年度拡大班会議
• [学会発表] ミジンコにおける性特異的な長鎖ノンコーディングRNAの探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 加藤泰彦, Christelle Alexa Gracia Perez, 渡邉肇
  • 学会等名: 「先進ゲノム支援」2019年度拡大班会議