脊椎動物における左右対称性の破れ：繊毛依存的機構と非依存的機構

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H00472
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 濱田 博司 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (00208589)
• 研究分担者: 清成 寛 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (40721048) ; 内川 昌則 大阪大学, 大学院生命機能研究科, 助教 (80346147)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 左右非対称性 / 繊毛 / Nodal / 生物多様性

研究実績の概要

私たちの体は、頭尾・背腹・左右という3つの極性(体軸)を持っている。なかでも左右非対称な形態は、発生のどの時期において、どのような仕組みで生じる のか? 本研究の目的は，2つの異なる脊椎動物において、左右非対称性の起源を明らかにすることであった。すなわち、マウスにおいては、繊毛に依存して方向 性を持った水流が生じ、その水流を感知する機構を解明する。一方、繊毛に依存しない爬虫類や鳥類においては、繊毛がなくても対称性が破られる機構を調べる ことで非対称性の起源に迫る。これら2種類の脊椎動物における機構を比較することで、対称性が破られるメカニズムの多様性を明らかすることであった。本年 度は、以下のような研究成果を得た。
1) 不動繊毛では、水流に面した側でより高いtensionを受けること、Tensionによって活性化されることが知られているイオンチャネルPkd2タンパク質が、不動繊毛内の正中線に面した側に高密度に分布していることがわかった。このことから、ノードの左側の繊毛は反応するが、右側の不動繊毛は反応しない理由が明らかになった。
2) ニワトリのNodal遺伝子の左右性を持ちかつノード特異的なエンハンサーをさらに詳細にmappingした結果、ノードの両側で活性を持つエンハンサーと、ノードの右側だけを抑制するサイレンサーの組み合わせであることがわかった。
3) 爬虫類胚の脳で、Nodal以外にもLeftyやPitx2も左右非対称に発現することがわかった。

現在までの達成度 (段落)

令和4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

令和4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] Immotile cilia mechanically sense the direction of fluid flow for left-right determination. (2023)
  • 著者名/発表者名: Katoh, A. T., Omori, T., Mizuno, K., Sai, X., Minegishi, K., Ikawa, Y., Nishimira, H., Itabashi, T., Kajikawa, E., Hiver, S., Iwane, A., Okada, Y., Nishizaka, T. and Hamada, H.
  • 雑誌名: Science 巻: 379 ページ: 66-71
  • DOI: 10.1126/science.abq8148
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Left-Right Asymmetric Expression of the Nodal-Lefty-Pitx2 Module in Developing Turtle Forebrain. (2022)
  • 著者名/発表者名: Kajikawa, E., Miki, T., Takeda, M., Kiyonari, H. and Hamada, H.
  • 雑誌名: Front. Cell Dev. Biol. 巻: 10 ページ: 929808
  • DOI: 10.3389/fcell.2022.929808.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Planar cell polarity-dependent asymmetric organization of microtubules for polarized positioning of the basal body in node cells. (2022)
  • 著者名/発表者名: Sai, X., Ikawa, Y., Nishimura, H., Mizuno, K., Kajikawa, E., Shiratori, H., Takaoka, K., Hamada, H. and Minegishi, K.
  • 雑誌名: Development 巻: 149 ページ: 200315
  • DOI: 10.1242/dev.200315
  • 査読あり
• [備考] 体づくりの左右非対称性を決める「力」の発見
  • URL: https://www.riken.jp/press/2023/20230112_2/index.html