トランスポゾンを用いた遺伝子トラップに基づく新しい生命科学研究の基盤創成

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H02370
• 研究機関: 国立遺伝学研究所
• 研究代表者: 川上 浩一 国立遺伝学研究所, 個体遺伝研究系, 教授 (70195048)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: ゲノム / 遺伝学 / 遺伝子 / 神経科学 / 発生・分化 / ゼブラフィッシュ / 遺伝子トラップ

研究実績の概要

（１）ゼブラフィッシュにおいて、Tol2トランスポゾンを用いた遺伝子トラップスクリーニングを実施し、細胞・組織・器官特異的に改変型酵母転写因子Gal4FFを発現するトランスジェニックフィッシュを新規に100系統作製した。 サザンブロッティング、インバースPCRによりこれらにおけるTol2挿入部位近傍のゲノムDNAの解析を行い、挿入部位を決定した。それら発現情報、遺伝子情報を とりこんだデータベースの整備を行った。
（２）Gal4FF発現トランスジェニックフィッシュを活用し、以下のことを明らかにした。トリコサンのアッセイシステムを確立（Tse博士らとの共同研究）。筋障害修復の過程で働くRax7陽性幹細胞を同定（Hughes博士ら）。細胞骨格を可視化するトランスジェニックフィッシュの開発（伊藤博士ら）。ニューレグリンの説普段を可視化（瀬原博士ら）。ヒレ再生におけるfgfシグナリングの役割の解明（川上厚志博士ら）。網膜における神経活動の波の発生メカニズムを解明（Du博士ら）。腸管神経細胞の移動メカニズムの解明（Heanue博士ら）。運動性繊毛の作り出す流れが嗅覚に重要であることを解明（Yaksi博士ら）。手綱核の視覚に依存する行動における役割を解明（Du博士ら）。GGGGCCリピートの蛋白質レベルでの毒性を証明（Schmid博士ら）。E3ユビキチンリガーぜASB2が心筋細胞の成熟に重要であることを解明（Stainier博士ら）。ヒレ再生過程における炎症の解消の重要性を解明（川上厚志博士ら）。
（３）これらのGal4FF発現トランスジェニックフィッシュは機能的神経回路の研究に有効に活用するために、ボツリヌス毒素遺伝子を用いてGal4FF発現神経細胞の機能を効率良く阻害することができるシステムの開発に成功した（Curr Biol 2016）。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

（１）ゼブラフィッシュにおいて、Tol2トランスポゾンを用いた遺伝子トラップスクリーニングを実施し、細胞・組織・器官特異的に改変型酵母転写因子Gal4FFを発現するトランスジェニックフィッシュを新規に100系統作製づることができた。
（２）平成28年度の研究において、Gal4FF発現トランスジェニックフィッシュを活用し、以下の共同研究を含む英文原著論文14報、総説１報、方法論を述べた著書３報を出版することができた。トリコサンのアッセイシステムを確立（Tse博士らと共著）。筋障害修復の過程で働くRax7陽性幹細胞を同定（Hughes博士ら）。細胞骨格を可視化するトランスジェニックフィッシュの開発（伊藤博士ら）。ニューレグリンの説普段を可視化（瀬原博士ら）。ヒレ再生におけるfgfシグナリングの役割の解明（川上厚志博士ら）。網膜における神経活動の波の発生メカニズムを解明（Du博士ら）。腸管神経細胞の移動メカニズムの解明（Heanue博士ら）。運動性繊毛の作り出す流れが嗅覚に重要であることを解明（Yaksi博士ら）。手綱核の視覚に依存する行動における役割を解明（Du博士ら）。GGGGCCリピートの蛋白質レベルでの毒性を証明（Schmid博士ら）。E3ユビキチンリガーぜASB2が心筋細胞の成熟に重要であることを解明（Stainier博士ら）。ヒレ再生過程における炎症の解消の重要性を解明（川上厚志博士ら）。
（３）ボツリヌス毒素遺伝子を用いて、非常に効率良くGal4FF発現神経細胞の機能を阻害するシステムの開発に成功し、論文を出版することができた（Curr Biol 2016）。

今後の研究の推進方策

平成28年度の研究を継続して発展させる。

研究成果

• [国際共同研究] ICM/Universite Paris/INSERM(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: ICM/Universite Paris/INSERM
• [国際共同研究] Hong Kong Baptist University/Chinese Academy of Sciences(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Hong Kong Baptist University/Chinese Academy of Sciences
• [国際共同研究] King’s College London/Oxford University/The Francis Crick Institute(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: King’s College London/Oxford University/The Francis Crick Institute
• [国際共同研究] NTNU(ノルウェー)
  • 国名: ノルウェー
  • 外国機関名: NTNU
• [国際共同研究] Ludwig-Maximilians University/DZNE/Max Planck Institute(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Ludwig-Maximilians University/DZNE/Max Planck Institute
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 1
• [雑誌論文] A novel zebrafish ret heterozygous model of Hirschsprung disease identifies a functional role for mapk10 as a modifier of enteric nervous system phenotype severity (2017)
  • 著者名/発表者名: Heanue, T.A., Boesmans, W., Bell, D.M., Kawakami, K., Vanden Berghe, P., and Pachnis, V.
  • 雑誌名: PLoS Genetics 巻: 12 ページ: e1006439
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1006439
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Motile-cilia-mediated flow improves sensitivity and temporal resolution of olfactory computations (2017)
  • 著者名/発表者名: Reiten, I., Emre Uslu, F., Fore, S., Pelgrims, R., Ringers, C., Diaz Verdugo, C., Hoffman, M., Lal, P., Kawakami, K., Pekkan, K., Yaksi, E., and Jurisch-Yaksi, N.
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 27 ページ: 166-174
  • DOI: 10.1016/j.cub.2016.11.036
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Left habenula mediates light-preference behavior in zebrafish via an asymmetrical visual pathway (2017)
  • 著者名/発表者名: Bai-bing, Z., Yao, Y.-y., Zhang, H.-f., Kawakami, K., and Du, J.-l.
  • 雑誌名: Neuron 巻: 93 ページ: 914-928
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2017.01.011
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Glycine-alanine dipeptide repeat protein contributes to toxicity in a zebrafish model of C9orf72 associated neurodegeneration (2017)
  • 著者名/発表者名: Ohki, Y., Wenninger-Weinzierl, A., Hruscha, A., Asakawa, K., Kawakami, K., Haass, C., Edbauer, D., and Schmid, B.
  • 雑誌名: Molecular Neurodegeneration 巻: 12 ページ: 6
  • DOI: 10.1186/s13024-016-0146-8
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Proteolysis regulates cardiomyocyte maturation and tissue integration (2017)
  • 著者名/発表者名: Fukuda, R., Gunawan, F., Beisaw, A., Jimenez-Amilburu, V., Maischein, H.-M., Kostin, S., Kawakami, K., and Stainier, D.Y.R.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 ページ: 14495
  • DOI: 10.1038/ncomms14495
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Transient inflammatory response mediated by interleukin-1β is required for proper regeneration in zebrafish fin fold (2017)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa, T., Hall, C.J., Crosier, P.H., Abe, G., Kawakami, K., Kudo, A., and Kawakami, A.
  • 雑誌名: eLife 巻: 6 ページ: e22716
  • DOI: 10.7554/eLife.22716
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Triclosan (TCS) exposure impairs lipid metabolism in zebrafish embryos (2016)
  • 著者名/発表者名: Ho, J.C.H., Hsiao, C.D., Kawakami, K., and William, K.F.
  • 雑誌名: Aquatic Toxicology 巻: 173 ページ: 29-35
  • DOI: 10.1016/j.aquatox.2016.01.001
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Cellular dynamics of regeneration reveals role of two distinct Pax7 stem cell populations in larval zebrafish muscle repair (2016)
  • 著者名/発表者名: Pipalia, T.G., Koth, J., Roy, S.D., Hammond, C.L., Kawakami, K., and Hughes, S.M.
  • 雑誌名: Disease Models and Mechanisms 巻: 9 ページ: 671-684
  • DOI: 10.1242/dmm.022251
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Gal4 driver transgenic zebrafish: powerful tools to study developmental biology, organogenesis, and neuroscience (2016)
  • 著者名/発表者名: Kawakami, K., Asakawa, K., Hibi, M., Itoh, M., Muto, A., and Wada, H.
  • 雑誌名: Advances in Genetics 巻: 95 ページ: 65-87
  • DOI: 10.1016/bs.adgen.2016.04.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Zebrafish lines expressing UAS-driven red probes for monitoring cytoskeletal dynamics (2016)
  • 著者名/発表者名: Mizoguchi, T., Kawakami, K., and Itoh, M.
  • 雑誌名: Genesis 巻: 54 ページ: 483-489
  • DOI: 10.1002/dvg.22955
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Visualization of Neuregulin 1 ectodomain shedding reveals its local processing in vitro and in vivo (2016)
  • 著者名/発表者名: Kamezaki, A., Sato, F., Aoki, K., Asakawa, K., Kawakami, K., Matsuzaki, F., and Sehara-Fujisawa, A.
  • 雑誌名: Scientific reports 巻: 6 ページ: 28873
  • DOI: 10.1038/srep28873
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fgf signalling controls diverse aspects of fin regeneration (2016)
  • 著者名/発表者名: Shibata, E., Yokota, Y., Horita, N., Kudo, A., Abe, G., Kawakami, K., and Kawakami, A.
  • 雑誌名: Development 巻: 143 ページ: 2920-2929
  • DOI: 10.1242/dev.140699
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Optimization of a neurotoxin to investigate the contribution of excitatory interneurons to speed modulation in vivo (2016)
  • 著者名/発表者名: Sternberg, J.R., Severi, K.E., Fidelin, K., Gomez, J., Ihara, H., Alcheikh, Y., Hubbard, J. M., Kawakami, K., Suster, M., and Wyatt, C.
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 17 ページ: 2319-2328
  • DOI: 10.1016/j.cub.2016.06.037
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Stereotyped initiation of retinal waves by bipolar cells via presynaptic NMDA autoreceptors (2016)
  • 著者名/発表者名: Zhang, R.-w., Li, X.-q., Kawakami, K., and Du, J.-l.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 7 ページ: 12650
  • DOI: 10.1038/ncomms12650
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Calcium dysregulation contributes to neurodegeneration in FTLD patient iPSC-derived neurons. (2016)
  • 著者名/発表者名: Imamura, K., Sahara, N., Kanaan, N. M., Tsukita, K., Kondo, T., Kutoku, Y., Ohsawa, Y., Sunada, Y., Kawakami, K., Hotta, A., Yawata, S., Watanabe, D., Hasegawa, M., Trojanowski, J. Q., Lee, V. M.-Y., Suhara, T., Higuchi, M., and Inoue, H.
  • 雑誌名: Scientific reports 巻: 6 ページ: 34904
  • DOI: 10.1038/srep34904
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fluorescence-activated cell sorting and gene expression profiling of GFP-positive cells from transgenic zebrafish lines (2016)
  • 著者名/発表者名: Tanabe, H., Seki, M., Itoh, M., Deepak, A., Lal, P., Horiuchi, T., Suzuki, Y., and Kawakami, K.
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 1451 ページ: 93-106
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-3771-4_7
• [雑誌論文] Calcium imaging of neuronal activity in free-swimming larval zebrafish (2016)
  • 著者名/発表者名: Muto, A., and Kawakami, K.
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 1451 ページ: 333-341
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-3771-4_23
• [雑誌論文] Tol2-mediated transgenesis, gene trapping, enhancer trapping, and Gal4-UAS system (2016)
  • 著者名/発表者名: Kawakami, K., Asakawa, K., Muto, A., and Wada, H.
  • 雑誌名: Methods in Cell Biology 巻: 135 ページ: 19-37
  • DOI: 10.1016/bs.mcb.2016.01.011
• [学会発表] The zebrafish amygdala and hippocampus (2017)
  • 著者名/発表者名: Koichi Kawakami
  • 学会等名: 7th Strategic Conference of Zebrafish Investigators
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Activation of the hypothalamic feeding centre upon visual prey detection (2016)
  • 著者名/発表者名: Akira Muto, Koichi Kawakami
  • 学会等名: The 39th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The study of hippocampal functions in zebrafish (2016)
  • 著者名/発表者名: Hideyuki Tanabe, Pradeep Lal, Akira Muto, Koichi Kawakami
  • 学会等名: 第22回小型魚類研究会
• [学会発表] ゼブラフィッシュの扁桃体、海馬に相当する機能的神経回路の遺伝学的解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 川上浩一
  • 学会等名: 日本進化学会 第18回東京大会
  • 招待講演
• [学会発表] The zebrafish amygdala and hippocampus (2016)
  • 著者名/発表者名: Koichi Kawakami
  • 学会等名: The 9th Zebrafish Disease Models Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The zebrafish amygdala and hippocampus (2016)
  • 著者名/発表者名: Koichi Kawakami
  • 学会等名: 7th Asia Oceania Zebrafish Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The zebrafish amygdala and hippocampus (2016)
  • 著者名/発表者名: Koichi Kawakami
  • 学会等名: The 4th Imaging Structure and Function in the Zebrafish Brain Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] Zebrafish: Methods and Protocols (2016)
  • 著者名/発表者名: Kawakami, K., Patton, E.E., Orger, M.
  • 総ページ数: 366
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 978-1-4939-3771-4