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酸素で生じた「ゆらぎ」が「パターン形成プログラム」へと進化した分子基盤の解明

公募研究

研究領域進化の制約と方向性 ~微生物から多細胞生物までを貫く表現型進化原理の解明~
研究課題/領域番号 20H04863
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 生物系
研究機関東京工業大学

研究代表者

田中 幹子  東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (40376950)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円)
2021年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2020年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
キーワード進化発生
研究開始時の研究の概要

指と指間の分離は、両生類では細胞の増殖速度の違いによって行われるが、羊膜類になると指間の細胞が死ぬ「指間細胞死」によって行われるようになる。我々の前回の公募研究の成果は、指間には元々細胞死が生じうる分子的な背景は揃っており、両生類の指間では酸化ストレスに応答した「可塑的変化」として生じた細胞死が、羊膜類では四肢の「パターン形成に不可欠な発生プログラム」へと進化したことを示唆していた。そこで本研究課題では、ストレスに応答した個体発生の「ゆらぎ」として生じた細胞死が、「パターン形成に不可欠な発生プログラム」へと進化した分子的背景に迫ることを目標に研究を行うこととした。

研究実績の概要

指と指間の分離は、両生類では細胞の増殖速度の違いによって行われるが、羊膜類になると「指間細胞死」によって行われるようになる。我々は、四肢動物が「大気中の酸素」に曝されると、指間細胞死が促されるという成果を得た。さらに両生類であっても、高い酸化ストレスに曝されると指間に細胞死が誘発されることが明らかとなったが、両生類の指間細胞死は一部の細胞にとどまり、パターン形成にはほとんど影響を与えていなかった。これらの結果は、指間には元々細胞死が生じうる分子的な背景は揃っており、両生類では酸化ストレスに応答した可塑的変化として生じた指間細胞死が、羊膜類では四肢のパターン形成に不可欠な発生プログラムへと進化したことを示唆していた。そこで、本研究では、個体発生の「ゆらぎ」として生じた細胞死が、「パターン形成に不可欠な発生プログラム」へと進化した分子的背景に迫ることを目標に研究を行うこととした。
2021年度は、まず、ニワトリ胚の指間で酸化ストレスに応答する経路について検証するために、ニワトリ胚の肢芽を通常酸素濃度条件で培養し、各種ストレス応答経路で働く主要キナーゼの働きを阻害剤で用いて検証した。さらに、指間で酸化ストレスにより活性化される経路を明らかにすることを目的に、通常酸素濃度条件、および、高濃度酸素条件で培養したニワトリ胚の肢芽の指間組織のトランスクリプトーム解析を、大規模解析支援班の重信氏らの協力により遂行し、その結果から、酸化ストレスにより、可塑的に発現量が変化する因子を明らかとした。一方、両生類の指間での酸化ストレスに応答した細胞死については、幼生期に指間での細胞死が観察されたエゾアカガエルを題材にした細胞死の実験システムを確立した。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (24件)

すべて 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件) 図書 (2件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] ハーバード大学(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Air-breathing behavior underlies the cell death in limbs of Rana pirica tadpoles2023

    • 著者名/発表者名
      Ono Satomi F., Cordeiro Ingrid Rosenburg, Kishida Osamu, Ochi Haruki, Tanaka Mikiko
    • 雑誌名

      Zoological Letters

      巻: 9 号: 1

    • DOI

      10.1186/s40851-022-00199-x

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 酸素による四肢の形づくり2022

    • 著者名/発表者名
      田中幹子
    • 雑誌名

      學士會会報

      巻: 952 ページ: 84-88

    • NAID

      40022785624

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Environmental oxygen is a key modulator of the development across species: from molecules to ecology.2020

    • 著者名/発表者名
      Ingrid Rosenburg Cordeiro, Mikiko Tanaka
    • 雑誌名

      BioEssays

      巻: 42 号: 9 ページ: 202000025-202000025

    • DOI

      10.1002/bies.202000025

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Regulation of the limb shape in the Chinese softshell turtle: insights into the evolution of interdigital cell death.2020

    • 著者名/発表者名
      Ingrid Rosenburg Cordeiro, Reiko Yu, Mikiko Tanaka
    • 雑誌名

      Evolution and Development

      巻: 22 号: 6 ページ: 451-462

    • DOI

      10.1111/ede.12352

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 水面の壁を越える~大気中の酸素が形をつくるしくみ~2020

    • 著者名/発表者名
      田中幹子
    • 雑誌名

      比較内分泌学

      巻: 46 号: 170 ページ: 89-91

    • DOI

      10.5983/nl2008jsce.46.89

    • NAID

      130007854020

    • ISSN
      1882-6636, 1882-6644
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 遺伝的要因と外的要因に起因する形態の発生と進化2023

    • 著者名/発表者名
      田中幹子
    • 学会等名
      第128回日本解剖学会総会・全国学術集会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 羊膜類の指間細胞死における BMP と ROS の関係の解明に向けたアプローチ2023

    • 著者名/発表者名
      古川里貴斗、小野沙桃実、Ingrid Rosenburg Cordeiro、吉田響平、畑野大樹、重信秀治、田中幹子
    • 学会等名
      日本動物学会関東支部第75回大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 滑膜関節の進化のプロセスの解明に向けたアプローチ2023

    • 著者名/発表者名
      上原克也、平沢将大、川原大和、湯玲子、河西通、田中幹子
    • 学会等名
      日本動物学会関東支部第75回大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Reduction of Muscle Activities Underlies the Forelimb Morphology of Emu2022

    • 著者名/発表者名
      Eriko Tsuboi, Ingrid Rosenburg Cordeiro, Satomi F Ono, Reiko Yu, Makoto Koizumi, Guojun Sheng, Masataka Okabe, Mikiko Tanaka
    • 学会等名
      16th International Conference on Limb Development, Regeneration, and Evolution
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Air-breathing behavior allows for the induction of cell death in limbs of amphibians2022

    • 著者名/発表者名
      Satomi F Ono, Ingrid Rosenburg Cordeiro, Osamu Kishida, Haruki Ochi, Mikiko Tanaka
    • 学会等名
      19th International Congress of Developmental Biology
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 環境酸素による形づくりの進化2022

    • 著者名/発表者名
      小野沙桃実、Ingrid Rosenburg Cordeiro、越智陽城、岸田治、田中幹子
    • 学会等名
      日本動物学会第93回年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 「酸素が形をつくる」シンポジウム“デスシステムが紡ぎ出す命の物語”2020

    • 著者名/発表者名
      田中幹子
    • 学会等名
      第93回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 外的要因による四肢の発生プログラムの可塑的変化2020

    • 著者名/発表者名
      田中幹子
    • 学会等名
      第67回日本生態学会大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 大気中の酸素がもたらす細胞死機構の解明2020

    • 著者名/発表者名
      小野沙桃実、Ingrid Rosenburg Cordeiro、岸田治、田中幹子
    • 学会等名
      日本動物学会関東支部第72回大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ゼブラフィッシュの腹鰭形成における Wnt/β-catenin シグナルと Islet の関与の検証2020

    • 著者名/発表者名
      入船朝斗、守山裕大、松谷美季、Hilda Mardiana Pratiwi、湯玲子、田中幹子
    • 学会等名
      日本動物学会関東支部第72回大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ゼブラフィッシュにおける予定腹鰭細胞の位置情報の記憶のメカニズムの解明2020

    • 著者名/発表者名
      加藤洸樹、Hilda Mardiana Pratiwi、田中幹子
    • 学会等名
      日本動物学会関東支部第72回大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ゼブラフィッシュの腹鰭形成における islet ファミリー遺伝子の発現解析2020

    • 著者名/発表者名
      松谷美季、Hilda Mardiaca Pratiwi、守山裕大、湯玲子、田中幹子
    • 学会等名
      日本動物学会関東支部第72回大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 真骨魚類の腹鰭形成位置を多様にした分子機構へのアプローチ2020

    • 著者名/発表者名
      秦元気、岩崎寿樹、渡邉昂也、湯玲子、中谷友紀、藤村衡至、田中幹子
    • 学会等名
      日本動物学会第91回大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 環境酸素による指間細胞死の誘導2020

    • 著者名/発表者名
      小野沙桃実、Ingrid Rosenburg Cordeiro、越智陽城、岸田治、田中幹子
    • 学会等名
      日本進化学会第22回大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [図書] 酸素が形をつくる仕組み、酸素による「指間細胞死」誕生のシナリオ、[特集]進化の制約と方向性―微生物から多細胞生物までを貫く表現型進化原理の解明「生物の科学 遺伝」2021

    • 著者名/発表者名
      田中幹子、小野沙桃実
    • 出版者
      エヌティーエス
    • ISBN
      9784860437534
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [図書] 2-5-12 脊椎動物の上陸、2-5 動物の進化の歴史、第2章 動物の進化「動物の事典」2020

    • 著者名/発表者名
      田中幹子(総編集:末光隆志)
    • 総ページ数
      772
    • 出版者
      朝倉書店
    • ISBN
      9784254171662
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 田中幹子研究室

    • URL

      http://www.evodevo.bio.titech.ac.jp

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] 田中幹子研究室(TANAKA Lab)

    • URL

      http://www.evodevo.bio.titech.ac.jp

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-04-28   更新日: 2023-12-25  

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