脊椎動物に頸部筋が出来るまで：筋・骨格・神経系のパターンから

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H02416
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 倉谷 滋 国立研究開発法人理化学研究所, 倉谷形態進化研究室, 主任研究員 (00178089)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 形態進化 / 脊椎動物 / 比較発生学 / 実験発生学

研究実績の概要

本研究では、複数の脊索動物種を用い、筋肉と骨格の前駆細胞の挙動と胚環境、その背景にある遺伝子相互作用を比較し、筋・骨格・神経系の進化シナリオを復元することを目指す。平成29年度は、体節の一部、皮筋節に由来しながら、遠位方向に長距離を移動する筋芽細胞（migratory muscle precursor; MMP）に注目し、MMPから形成される四肢筋、舌筋、横隔膜の骨格筋の分化制御について解析した。羊膜類のMMPの発生には、Pax3遺伝子、Lbx1遺伝子による筋分化と細胞移動の制御が必要である。円口類ヤツメウナギは四肢（対鰭）を持たないが、舌筋の相同物である鰓下筋を持つ。本年度のヤツメウナギを用いた実験では、遺伝子欠失個体の作成とゲノム配列解析により、Lbx遺伝子が鰓下筋前駆細胞の咽頭部への伸長に必須であることが示唆された。また、硬節および鰓弓骨格のマーカーとしてScxを単離し、その発現領域と筋前駆細胞の位置を比較した。軟骨魚類トラザメを用いた解析では、遺伝子重複により二つのLbx遺伝子が存在し、骨格筋の発生において相互排他的なパターンで発現することが示された。特に鰓下筋においては前方と後方の筋組織（哺乳類のオトガイ舌骨筋、胸骨舌骨筋に相同）がそれぞれ異なる発生遺伝子に制御されて、それらが結合する骨格や神経系との連携を生じながら、発生後期に分化することが示唆された。また、トラザメのLbx遺伝子群は対鰭筋、僧帽筋および体壁筋にも発現し、大きく異なるこれらの筋の分化タイミングに対応する発現パターンを示した。これらの知見から、脊椎動物の初期進化において、皮筋節の腹側が二次的に進展して体幹部腹側を覆う発生機構が獲得され、その吻側部分である頸部筋の複雑化にLbxの発生制御遺伝子の重複が関わったことが示唆された。

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Uppsala University(スウェーデン)
  • 国名: スウェーデン
  • 外国機関名: Uppsala University
• [国際共同研究] Academia Sinica(台湾)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: Academia Sinica
• [国際共同研究] Chinese Academy of Sciences(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Chinese Academy of Sciences
• [国際共同研究] University of Essex(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Essex
• [国際共同研究] Universidad de Navarra(スペイン)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: Universidad de Navarra
• [雑誌論文] Hagfish and lamprey Hox genes reveal conservation of temporal colinearity in vertebrates (2018)
  • 著者名/発表者名: Pascual-Anaya J, Sato I, Sugahara F, Higuchi S, Paps J, Ren Y, Takagi W, Ruiz-Villalba A, Ota KG, Wang W, Kuratani S.
  • 雑誌名: Nat Ecol Evol. 巻: 2 ページ: 859-866
  • DOI: 10.1038/s41559-018-0526-2.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Expansions, diversification, and interindividual copy number variations of AID/APOBEC family cytidine deaminase genes in lampreys (2018)
  • 著者名/発表者名: Holland SJ, Berghuis LM, King JJ, Iyer LM, Sikora K, Fifield H, Peter S, Quinlan EM, Sugahara F, Shingate P, Trancoso I, Iwanami N, Temereva E, Strohmeier C, Kuratani S, Venkatesh B, Evanno G, Aravind L, Schorpp M, Larijani M, Boehm T.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A 巻: 3：115 ページ: E3211-E3220
  • DOI: 10.1073/pnas.1720871115
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Development of hypobranchial muscles with special reference to the evolution of the vertebrate neck. (2018)
  • 著者名/発表者名: Adachi N, Pascual-Anaya J, Hirai T, Higuchi S, Kuratani S.
  • 雑誌名: Zoological Lett. 巻: 4 ページ: 5
  • DOI: 10.1186/s40851-018-0087-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The neural crest and evolution of the head/trunk interface in vertebrates. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kuratani S, Kusakabe R, Hirasawa T.
  • 雑誌名: Dev Biol. 巻: S0012-1606 ページ: 30922-30923
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2018.01.017.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evolution of the vertebrate neurocranium: problems of the premandibular domain and the origin of the trabecula. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kuratani S, Ahlberg PE.
  • 雑誌名: Zoological Lett. 巻: 4 ページ: 1
  • DOI: 10.1186/s40851-017-0083-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Metamerism in cephalochordates and the problem of the vertebrate head. (2017)
  • 著者名/発表者名: Onai T, Adachi N, Kuratani S.
  • 雑誌名: Int J Dev Biol 巻: 61 ページ: 621-632
  • DOI: 10.1387/ijdb.170121to
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anatomical integration of the sacral-hindlimb unit coordinated by GDF11 underlies variation in hindlimb positioning in tetrapods. (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsubara Y, Hirasawa T, Egawa S, Hattori A, Suganuma T, Kohara Y, Nagai T, Tamura K, Kuratani S, Kuroiwa A, Suzuki T.
  • 雑誌名: Nat Ecol Evol. 巻: 1 ページ: 1392-1399
  • DOI: 10.1038/s41559-017-0247-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Migratory appendicular muscles precursor cells in the common ancestor to all vertebrates. (2017)
  • 著者名/発表者名: Okamoto E, Kusakabe R, Kuraku S, Hyodo S, Robert-Moreno A, Onimaru K, Sharpe J, Kuratani S, Tanaka M.
  • 雑誌名: Nat Ecol Evol 巻: 1 ページ: 1731-1736
  • DOI: 10.1038/s41559-017-0330-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Constrained vertebrate evolution by pleiotropic genes. (2017)
  • 著者名/発表者名: Hu H, Uesaka M, Guo S, Shimai K, Lu TM, Li F, Fujimoto S, Ishikawa M, Liu S, Sasagawa Y, Zhang G, Kuratani S, Yu JK, Kusakabe TG, Khaitovich P, Irie N; EXPANDE Consortium.
  • 雑誌名: Nat Ecol Evol. 巻: 1 ページ: 1722-1730
  • DOI: 10.1038/s41559-017-0318-0
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Nitric Oxide regulates mouth development in amphioxus. (2017)
  • 著者名/発表者名: Annona G, Caccavale F, Pascual-Anaya J, Kuratani S, De Luca P, Palumbo A, D'Aniello S.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 7 ページ: 8432
  • DOI: 10.1038/s41598-017-08157-w
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Differing contributions of the first and second pharyngeal arches to tympanic membrane formation in the mouse and chick. (2017)
  • 著者名/発表者名: Furutera T, Takechi M, Kitazawa T, Takei J, Yamada T, Vu Hoang T, Rijli FM, Kurihara H, Kuratani S, Iseki S
  • 雑誌名: Development. 巻: 144 ページ: 3315-3324
  • DOI: 10.1242/dev.149765.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Expression patterns of Sema3A in developing amniote limbs: With reference to the diversification of peripheral nerve innervation. (2017)
  • 著者名/発表者名: Noguchi K, Ishikawa R, Kawaguchi M, Miyoshi K, Kawasaki T, Hirata T, Fukui M, Kuratani S, Tanaka M, Murakami Y.
  • 雑誌名: Dev Growth Differ 巻: 59 ページ: 270-285
  • DOI: 10.1111/dgd.12364
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Outflow tract septation and the aortic arch system in reptiles: lessons for understanding the mammalian heart. (2017)
  • 著者名/発表者名: Poelmann RE, Gittenberger-de Groot AC, Biermans MWM, Dolfing AI, Jagessar A, van Hattum S, Hoogenboom A, Wisse LJ, Vicente-Steijn R, de Bakker MAG, Vonk FJ, Hirasawa T, Kuratani S, Richardson MK.
  • 雑誌名: Evodevo 巻: 10 ページ: 8:9
  • DOI: 10.1186/s13227-017-0072-z.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Reconstructing the ancestral vertebrate brain. (2017)
  • 著者名/発表者名: Sugahara F, Murakami Y, Pascual-Anaya J, Kuratani S.
  • 雑誌名: Dev Growth Differ. 巻: 59 ページ: 163-174
  • DOI: 10.1111/dgd.12347
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] “Does the ontogeny recapitulate phylogeny?“（個体発生は系統発生を繰り返すのか？) (2017)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Kuratani
  • 学会等名: 50th Annual Meeting for the Japanese Society of Developmental Biologists
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Acquistion of The Turtle Shell: Changes in Developmental Program Behind The Evolutionary Novelty (2017)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Kuratani
  • 学会等名: 18th International Congress of Developmental Biology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] かたちの進化と発生 (2017)
  • 著者名/発表者名: 倉谷 滋
  • 学会等名: 名古屋大学EGER グリーン自然科学レクチャー 2017
  • 招待講演
• [備考] 研究所HP
  • URL: http://www.riken.jp/research/labs/chief/evol_morphol/
• [備考] 研究室HP
  • URL: http://www.cdb.riken.jp/emo/japanese/indexj.html