脊椎動物体軸形成に関連した神経誘導・神経領域化の分子機構

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13138204
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 日比 正彦 独立行政法人理化学研究所, 体軸形成研究チーム, チームリーダー (40273627)
• 研究分担者: 山本 朗仁 独立行政法人理化学研究所, ボディプラン研究グループ, 研究員 (50244083) ; 菊池 裕 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (20286438)
• キーワード: 体軸形成 / ゼブラフィッシュ / オーガナイザー / BMP / フィードバック抑制 / 転写抑制 / 左右 / Nodal

研究概要

1.魚類・両生類の原腸胚において、腹側化シグナルであるBMPと、背側オーガナイザーによって産生されるChordin等のBMP拮抗分子が相互作用することにより、胚の背腹軸が形成されると考えられている。ゼブラフィッシュにおいては、これらシグナルに異常を示す変異体が複数単離されている。その内、背側化表現型変異体の多くは、すでにその責任遺伝子が同定されている。一方、腹側化表現型は、二つ報告されており、片方の変異体の責任遺伝子がchordinであることが分かっているが、もう一方のogonの責任遺伝子は不明であった。本研究では、ogonの責任遺伝子のポジショナルクローニングを行い、可溶性Frizzledの一つであるsizzledの相同遺伝子をコードしていることを見出した。Sizzledは、BMPシグナル依存性に腹側に発現し、Chordin蛋白の存在下でBMPシグナルを阻害することを見出した。以上の結果から、Sizzledは、BMPのフィードバック抑制因子として機能していると考えられた。2.我々の単離したホメオボックス遺伝子pnxは、後方神経形成領域・後方原始神経に発現する。蛋白機能阻害実験から、プロニューラル遺伝子の上流で機能し、原始運動神経の形成に必要であることを見出した。また、Pnxは転写抑制因子として機能し、Notchシグナル非依存性に神経細胞形成を促進していることを見出した。3.我々は、新規Cerberus/Danファミリー蛋白Charonをコードする遺伝子を単離した。Charonは、Nodalと結合し阻害因子として機能すること、Charon蛋白阻害胚では左側特異的遺伝子が左右両方に発現し、左右軸の形成に以上を引き起こすことを見出した。以上のことから、クッパー腔周辺でのNodalとCharonの拮抗作用が、左右軸形成に重要な役割を演じていることが明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] Levkowitz G., Zeller J., Sirotkin H.I., French D., Schilbach S., Hashimoto H., Hibi M., Talbot W.S., Rosenthal A.: "Zinc finger protein too few controls the development of monoaminergic neurons"Nature Neuroscience. 6. 28-33 (2003)
• [文献書誌] Bae Y.-K., Shimizu T., Yabe T., Kim C.-H., Hirata T., Nojima H., Muraoka O., Hirano T., Hibi M.: "A homeobox gene, pnx, is involved in the formation of posterior neurons in zebrafish"Development. 130. 1853-1865 (2003)
• [文献書誌] Yabe T., Shimizu T., Muraoka O., Bae Y.-K., Hirata T., Nojima H., Kawakami T., Hirano T, Hibi M.: "Ogon/Secreted Frizzled functions as a negative feedback regulator of BMP signaling"Development. 130. 2705-2716 (2003)
• [文献書誌] Bae Y.-K., Shimizu T., Muraoka O., Yabe T., Hirata T., Nojima H., Hirano T., Hibi M.: "Expression of sax1/nkx1.2 and sax2/nkx1.1 in zebrafish"Gene Expression Patterns. (in press). (2004)
• [文献書誌] Hashimoto H., Rebagliati M., Ahmad N., Muraoka O., Kurokawa T., Hibi M., Suzuki T.: "The Cerberus/Dan-family protein Charon is a negative regulator of Nodal signaling during left-right patterning in zebrafish"Development. (in press). (2004)
• [文献書誌] Hirata, T., Suda, Y., Nakao, K., Narimatsu, M., Hirano, T., Hibi, M.: "The zinc finger gene fez-like functions in the formation of subplate neurons and thalamocortical axons"Developmental Dynamics. (in press). (2004)
• [文献書誌] Nojima, H., Shimizu, T., Kim, C.-H., Yabe, T., Bae, Y.-K., Muraoka, 0., Hirata, T., Chitnis, A., Hirano, T., Hibi, M.: "Genetic evidence for involvement of maternally derived Wnt canonical signaling in dorsal determination in zebrafish"Mechanisms of Development. (in press). (2004)