大脳新皮質形成に関わる発現制御機構

• 研究領域: 神経細胞の多様性と大脳新皮質の構築
• 研究課題/領域番号: 23123504
• 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: 西原 秀典 東京工業大学, 生命理工学研究科, 助教 (10450727)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2013-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 10,140千円 (直接経費: 7,800千円、間接経費: 2,340千円); 2012年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2011年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
• キーワード: SINE / 大脳新皮質 / 脳梁 / 哺乳類 / exaptation / 脳 / 発生 / 遺伝子発現

研究実績の概要

大脳新皮質の発生過程では多くの転写因子やモルフォゲンが決められた組織・時期特異的に発現するよう正確に調節されているが、その発生時期と発現する細胞を決定する分子制御機構はあまり明らかにされていない。本研究ではAmnSINE1と呼ばれる転移因子SINEの1つ（AS021遺伝子座）が大脳新皮質においてSatb2遺伝子の発現を誘導するエンハンサーであることを示し、その制御メカニズムを明らかにすることで、SINEを介した大脳新皮質の形成機構の解明を目的とした。これまでに以下の点を明らかにした。(1) AS021遺伝子座のエンハンサー機能は、大脳新皮質の発生過程で早期に生じたSatb2発現細胞で見られ、さらに脳梁伸長ニューロンにおいてエンハンサー機能を有することを見出した。(2) AS021配列に結合する転写因子を発見した。この転写因子の欠損マウスでも脳梁形成に異常が見られることが知られていることから、AS021遺伝子座は脳梁形成に関わる発現カスケードの重要な一端を担っていると考えられる。さらにその転写因子が、複数のSINE由来配列にも結合可能であることを示した。(3) AS021遺伝子座においてSINEがエンハンサー機能を獲得するに至る過程を明らかにした。これらの結果から、転写因子結合モチーフを内部に含むSINEが哺乳類の祖先のゲノム中で転移増幅し、それが配列進化の過程でエンハンサーとなることでSatb2の発現をもたらす哺乳類特異的な発現カスケードを生じて脳梁の形成に至った可能性が考えられる。さらにこの転写因子は複数のSINE由来配列にも結合することから、哺乳類の祖先における制御領域の増大と様々な遺伝子発現カスケードのリモデリングに寄与した可能性を示唆するものである。

現在までの達成度 (段落)

24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

24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] A SINE-Derived Element Constitutes a Unique Modular Enhancer for Mammalian Diencephalic Fgf8. (2012)
  • 著者名/発表者名: Akiko Nakanishi, Naoki Kobayashi, Asuka Suzuki-Hirano, Hidenori Nishihara, Takeshi Sasaki, Mika Hirakawa, Kenta Sumiyama, Tomomi Shimogori, Norihiro Okada.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 7 号: 8 ページ: e43785-e43785
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0043785
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extremely slow rate of evolution in the HOX cluster revealed by comparison between Tanzanian and Indonesian coelacanths. (2012)
  • 著者名/発表者名: Higasa K, Nikaido M, Saito TL, Yoshimura J, Suzuki Y, Suzuki H, Nishihara H, Aibara M, Ngatunga BP, Kalombo HW, Sugano S, Morishita S, Okada N.
  • 雑誌名: Gene 巻: 505 号: 2 ページ: 324-332
  • DOI: 10.1016/j.gene.2012.05.047
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phylogeny of galactolipid synthase homologs together with their enzymatic analyses revealed a possible origin and divergence time for photosynthetic Membrane biogenesis (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuzawa Y, Nishihara H, Haraguchi T, Masuda S, Shimojima M, Shimoyama A, Yuasa H, Okada N, Ohta H
  • 雑誌名: DNA Res 巻: 19 号: 1 ページ: 91-102
  • DOI: 10.1093/dnares/dsr044
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Mammalian Conserved Element Derived from SINE Displays Enhancer Properties Recapitulating Satb2 Expression in Early-Born Callosal Projection Neurons (2011)
  • 著者名/発表者名: Tashiro K, Teissier A, Kobayashi N, Nakanishi A, Sasaki T, Yan K, Tarabykin V, Vigier L, Sumiyama K, Hirakawa M, Nishihara H, Pierani A, Okada N
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 6(12) 号: 12 ページ: e28497-e28497
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0028497
  • 査読あり
• [雑誌論文] B chromosomes have a functional effect on female sex determination in lake victoria cichlid fishes (2011)
  • 著者名/発表者名: Yoshida K, Terai Y, Mizoiri S, Aibara M, Nishihara H, Watanabe M, Kuroiwa A, Hirai H, Hirai Y, Matsuda Y, Okada N
  • 雑誌名: PLoS Genet 巻: 7(8) 号: 8 ページ: e1002203-e1002203
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1002203
  • NAID: 120006627278
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reverse Evolution in RH1 for adaptation of cichlids to water depth in Lake Tanganyika (2011)
  • 著者名/発表者名: Nagai, H., Terai, Y., Sugawara, T., Imai, H., Nishihara, H., Hori, M.and Okada, N.
  • 雑誌名: Molecular Biology and Evolution 巻: 28(6) 号: 6 ページ: 1769-1776
  • DOI: 10.1093/molbev/msq344
  • 査読あり
• [学会発表] A SINE-derived Enhancer for Satb2 Expression in Callosal Projection Neurons. (2012)
  • 著者名/発表者名: Nishihara, H, Teissier, A., Kobayashi, N., Tashiro, K., Nakanishi, A., Sasaki, T., Iwakiri, M., Izawa, K., Yan, K., Tarabykin, V., Sumiyama, K., Hirakawa, M., Pierani, A., Okada, N.
  • 学会等名: 63rd Fujihara Seminar - A new horizon of retroposon research.
  • 発表場所: 芝蘭会館（京都府）
  • 年月日: 2012-07-31
• [学会発表] A Mammalian Conserved Element Derived from SINE Displays Enhancer Properties Recapitulating Satb2 Expression in Early-Born Callosal Projection Neurons. (2012)
  • 著者名/発表者名: Nishihara, H, Teissier, A., Kobayashi, N., Tashiro, K., Nakanishi, A., Sasaki, T., Iwakiri, M., Izawa, K., Yan, K., Tarabykin, V., Sumiyama, K., Hirakawa, M., Pierani, A., Okada, N.
  • 学会等名: The 20th Annual Conference of the Society for Molecular Biology and Evolution.
  • 発表場所: Dublin, Ireland
  • 年月日: 2012-06-23
• [学会発表] A Mammalian Conserved Element Derived from SINE Displays Enhancer Properties Recapitulating Satb2 Expression in Early-Born Callosal Projection Neurons (2012)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Nishihara
  • 学会等名: The 59th NIBB Conference "NEOCORTICAL ORG ANIZATION"
  • 発表場所: Okazaki Conference Center, Okazaki, Aichi
  • 年月日: 2012-03-12
• [学会発表] Functional analysis of the SINE-derived enhancer for Satb2 expression in neocortex (2011)
  • 著者名/発表者名: 西原秀典
  • 学会等名: 日本進化学会第13回大会
  • 発表場所: 京都大学(京都)
  • 年月日: 2011-07-31
• [学会発表] Molecular functional analysis of the neocortex-specific Satb2 enhancer derived from SINEs : Toward resolution of the evolutionary process of exaptation (2011)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Nishihara
  • 学会等名: SMBE 2011-Annual Meeting of the Society for Molecular Biology and Evolution
  • 発表場所: Kyoto University, Kyoto
  • 年月日: 2011-07-28