動植軸と左右軸の決定機構を単純な脊索動物を使って理解する

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K06256
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 小沼 健 大阪大学, 理学研究科, 助教 (30632103)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: オタマボヤ / 母性mRNA / 動植軸 / 左右非対称性

研究実績の概要

胚発生における重要なイベントに、3つの胚軸 (動植軸、それに直行する軸、左右軸)の決定がある。本研究では脊索動物であるワカレオタマボヤ（以下、オタマボヤ）のもつ特質に着眼して、(1)動植軸と (2) 左右軸ができるしくみの解析を進めた。本年度は、以下を明らかにした。

(1) 動植軸について。動植半球のRNA-seqによりリストした、局在RNAの分布を調べたところ、おもしろいことに、未受精卵の段階で植物極側に局在している母性mRNAを3種類見出した。姉妹群のホヤでは、このような母性mRNAは、未受精卵の植物極側にむけた勾配をもっており、受精が引き金になって植物極の近辺に濃縮される、すなわち局在することが知られる (1st phaseと呼ばれている)。オタマボヤではこの1st phaseがなく、未受精卵ですでに母性mRNAが局在していることが明らかになった。
(2) 左右軸について。卵割パターンの左右非対称性についてライブイメージングを試みた。具体的には、代表者の所属研究室で、過去に一例のみ記録されていた、「2細胞胚の第一分裂面付近にみられる、突起状の構造」の有無を検討した。微分干渉顕微鏡（DIC）によるタイムラプス撮影を行った結果、この構造体が確認され、また、その向きが個体差のない左右非対称性をもつことを見出した（昔農ら、未発表）。これにより、形態学的には、オタマボヤの左右非対称性が2細胞胚にまで遡れることが分かった。

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）動植軸については、未受精卵の植物極に局在する母性RNAが存在することが分かった。このようなRNAが3種類も見つかったことで、オタマボヤには、姉妹群のホヤでみられる「受精後の、植物極側への母性RNAの局在(1st phase)」が失われているがほぼ確定した。むろん、開始当初には予想できなかった成果である。

（２）左右軸については、昨年度に研究計画をほぼ完了していたが、さらに理解が進み、2細胞胚に左右非対称な構造体がある形態学的な証拠が得られた。

以上のように、当初の計画以上に進展している。

今後の研究の推進方策

（２）は研究計画を完了しているので、ここでは（１）について述べる。以下２つを行う。

1つ目は、学会・原著論文での成果発表である。未受精卵に局在する母性RNAについては、ゲノム支援（2015年度）やOISTとの共同研究を通じて得た、一連のRNA-seqのデータが発端となり、たどり着いた発生学的な知見である。約6年間の集大成であるこれらの知見を公表することを目指す。

2つ目は、卵巣切片のin situ hybridizationである。オタマボヤは、約半日という短時間で卵形成が完了することや、産卵する卵サイズが一定であり卵形成ステージを顕微鏡下で洞察しやすいことなどの特徴がある。これらを活用して調べることで、卵形成の過程で、いつ、どのように母性RNAの局在が生じ、動植軸に沿った極性ができるのかについて答えが得られると期待している。

次年度使用額が生じた理由

次年度使用額が生じた理由は、コロナ禍による大学内での研究活動の自粛要請である。2020年度が最終年度の予定だったが、本年度の前半は上記のため、計画の進捗に偏りが生じた。実施状況に述べたとおり、予定通り完了したテーマもあるが、卵巣切片の染色などの一部の実験が残されたテーマもある。
この次年度使用額は、上記の実施のためにもちいる予定である。

備考

研究成果のプレスリリース。国内外の40以上のメディアに取り上げられた。

研究成果

• [雑誌論文] 日本系オタマボヤのゲノムデータベースとY特異的領域. (2021)
  • 著者名/発表者名: 小沼健*, 戸村亮
  • 雑誌名: 比較内分泌学. 巻: 172 ページ: 28-30.
• [雑誌論文] outh opening is mediated by separation of dorsal and ventral daughter cells of the lip precursor cells in the larvacean, Oikopleura dioica. (2020)
  • 著者名/発表者名: Morita R, Onuma TA, Manni L, Ohno N and Nishida H*.
  • 雑誌名: Development Genes and Evolution. 巻: 230 ページ: 315-327.
  • DOI: 10.1007/s00427-020-00667-4,
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A genome database for a Japanese population of the larvacean Oikopleura dioica. (2020)
  • 著者名/発表者名: Wang K, Tomura R, Chen W, Kiyooka M, Ishizaki H, Tomooka A, Minakuchi Y, Seki M, Suzuki Y, Omotezako T, Suyama R, Luscombe NM, Dentec C, Lemaire P, Toyoda A, Nishida H and Onuma TA*
  • 雑誌名: Development Growth and Differentiation. 巻: 62 ページ: 450-461.
  • DOI: 10.1111/dgd.12689
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Protein phosphatase 2A is essential to maintain meiotic arrest, and to prevent Ca2+ burst at spawning and eventual parthenogenesis in the larvacean Oikopleura dioica. (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsuo M*, Onuma TA, Omotezako T and Nishida N
  • 雑誌名: Developmental Biology. 巻: 460 ページ: 155-163
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2019.12.005
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A chordate species lacking Nodal utilizes calcium oscillation and Bmp for left-right patterning. (2020)
  • 著者名/発表者名: Onuma TA*, Hayashi M, Gyojya F, Kishi K, Wang K and Nishida H
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 巻: 117 ページ: 4188-4198
  • DOI: 10.1073/pnas.1916858117
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] ANISEED 2019: 4D exploration of genetic data for an extended range of tunicates. (2020)
  • 著者名/発表者名: Veeman M, Volff JN, Roest Crollius H, Douzery E, Ryan J, Davidson B, Nishida H, Dantec C* and Lemaire P*
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research. 巻: 48 ページ: D668-D675.
  • DOI: 10.1093/nar/gkz955
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 特殊な現象の壁を越える ～「最も単純な体の脊索動物」オタマボヤから見出した新しい遺伝子阻害現象 (DNAi)と左右非対称形成～ (2020)
  • 著者名/発表者名: 小沼健*
  • 雑誌名: 比較内分泌学. 巻: 170 ページ: 85-87.
  • DOI: 10.5983/nl2008jsce.46.85_2
• [雑誌論文] 体の左右はどのようにできるのか？-オタマボヤの左右非対称性を探る. (2020)
  • 著者名/発表者名: 小沼健*
  • 雑誌名: academist Journal. 巻: 0 ページ: 0
• [雑誌論文] オタマボヤ未受精卵の減数分裂停止をになう脱リン酸化酵素PP2Aの役割. (2020)
  • 著者名/発表者名: 小沼健*, 松尾正樹
  • 雑誌名: 比較内分泌学. 巻: 171 ページ: 117-118.
  • DOI: 10.5983/nl2008jsce.46.117
• [学会発表] オタマボヤをもちいて左右形成の新しい研究領域を開拓する. (2020)
  • 著者名/発表者名: 小沼健.
  • 学会等名: 生物科学セミナー（大阪，大阪大学）
  • 招待講演
• [学会発表] 動物繊維によるハウスの3D建築. (2020)
  • 著者名/発表者名: 小沼健.
  • 学会等名: 学術変革領域 (A) 「からだ工務店」第一回領域会議
  • 招待講演
• [学会発表] House construction with animal fibers in the larvacean, Oikopleura dioica 動物繊維をもちいたオタマボヤの「ハウス」建築 (2020)
  • 著者名/発表者名: Onuma TA, Akiyama M, Yamasaki S, Kondo S, and Nishida H.
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会 ワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] 2020年度 日本動物学会奨励賞 受賞者講演「脊索動物オタマボヤを活かした発生学の展開」 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小沼健.
  • 学会等名: 日本動物学会、第91回大会
  • 招待講演
• [学会発表] 脊索動物オタマボヤをもちいて左右形成の新しい領域を開拓する. (2020)
  • 著者名/発表者名: 小沼健, 西田宏記.
  • 学会等名: 第5回 ホヤ研究会
• [学会発表] A chordate species lacking Nodal utilizes calcium oscillation and Bmp4 for left-right patterning. (2020)
  • 著者名/発表者名: 小沼健, 林桃子, 行者蕗, 岸香苗, Kai Wang, 西田宏記.
  • 学会等名: 第53回日本発生生物学会
• [備考] 1世紀前からの謎を解明、動物の左右をつくる新しい原理を発見
  • URL: https://mainichi.jp/articles/20200220/pls/00m/020/269000c