新奇細胞種の発生を制御する進化遺伝基盤の解明

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20K06757
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 橋本 寿史 名古屋大学, 理学研究科, 助教 (30359757)
• 研究分担者: 宇治 督 国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産技術研究所(南勢), 主任研究員 (40372049) ; 成瀬 清 基礎生物学研究所, IBBPセンター, 特任教授 (50208089)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 細胞分化 / 運命決定 / セルソーター / 多様性 / 進化的新奇性

研究実績の概要

多細胞生物は、環境に適応するために、新奇な細胞種を創出し細胞の種類を増やす進化を遂げてきた。動物の体色は、隠蔽色や擬態などの生存戦略において特に重要であるが、体色形成に中心的な役割を果たす色素細胞は、進化にともなって種類が変化した一例である。脊椎動物の祖先種は黒色素胞と虹色素胞を持っていたと考えられるが、魚類ではそれに黄色素胞を加えた3種（黒、虹、黄色）が存在する。さらに一部の魚類では白色や青色など新奇な色素細胞が獲得された。このような進化の過程で生じる動物種間の同系列細胞の種類の違いは、個体発生における細胞分化機構の種間差に帰するが、その遺伝基盤はほとんど不明である。
本研究では、メダカの個体発生の過程で白色素胞の分化がどのような遺伝子群に制御されているかに着目し、新奇細胞種が創出される発生学的な仕組みを明らかにする。
これまでに、メダカにおいて白色素胞は黄色素胞の系譜から分岐して発生することが分かっている。そこで、既存の細胞種（黄色）と新奇な細胞種（白色）がそれぞれ特異的に発現している遺伝子群をRNA-seqによる発現解析により比較し、系譜の分岐点でどのような遺伝子群が働いているのかを調べる。
2020年度に開発した色素前駆細胞のFACSによる単離法を用いて、白色前駆細胞と黄色前駆細胞、黄白前駆細胞（2種類の細胞が混在する集団）を分画収集した。これらを材料として、RamDA法によるRNA-seq解析を行った。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

分画細胞からのRNA精製効率が予想より低かったため、次世代シークエンサーに供するcDNAライブラリーを作製するのに十分なRNAを確保するのに時間を要した。

今後の研究の推進方策

RNA-seqのデータを解析し、白色前駆細胞特異的に発現する遺伝子群を同定する。FACSで収集したGFP陽性色素前駆細胞分画には、色素細胞だけでなく神経細胞や筋肉細胞も含まれると予想されることから、色素細胞系列以外の細胞で発現する遺伝子を如何に除外するかが鍵になると考えられる。
白色前駆細胞と黄色前駆細胞、黄白前駆細胞の発現遺伝子群を比較して、白色素胞での発現が黄色素胞のそれの数倍以上高く、神経細胞や筋肉細胞では発現していない遺伝子を白色素胞特異的候補遺伝子群として抽出する。
そのようにして候補遺伝子群を絞り込んだ上で、特に重要と思われる転写因子を抽出し、白色素胞発生におけるそれぞれの機能を解析する。具体的には、メダカの胚発生における発現解析や、CRISPR/Cas9による変異体作製とその表現型解析を行う予定である。

次年度使用額が生じた理由

年度末に購入する予定だった試薬について、支払い処理を年度内に完了することが難しかったため、次年度に購入を持ち越したため。

研究成果

• [雑誌論文] Contribution of <i>sox9b</i> to pigment cell formation in medaka fish (2021)
  • 著者名/発表者名: Tsunogai Yuri、Miyadai Motohiro、Nagao Yusuke、Sugiwaka Keisuke、Kelsh Robert N.、Hibi Masahiko、Hashimoto Hisashi
  • 雑誌名: Development, Growth &amp; Differentiation 巻: 63 ページ: 516～522
  • DOI: 10.1111/dgd.12760
• [学会発表] Hypothetical mechanism for variegated body pigmentation: epigenetic alteration of local PKA activity. (2021)
  • 著者名/発表者名: Goda Makoto, Wakamatsu Yuko, Kobayashi Kenichi, Inoue Chikako, Villareal Myra, Isoda, Hiroko, Ohtani Katsumi, Nishimaki Toshiyuki, Oota Hiroki, Ogawa Motoyuki, Kimura Tetsuaki, Naruse Kiyoshi, Kelsh Robert N, Hibi Masahiko, Hashimoto Hisashi
  • 学会等名: 第54回日本発生生物学会
• [図書] Pigments, Pigment Cells and Pigment Patterns (2021)
  • 著者名/発表者名: Hisashi Hashimoto, Makoto Goda, Robert N Kelsh
  • 総ページ数: 38/472
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 978-981-16-1490-3