トランスポゾンを用いた遺伝子トラップ法に基づく生命科学の基盤形成と神経科学研究

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H02463
• 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, 遺伝形質研究系, 教授 (70195048)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: ゼブラフィッシュ / 遺伝子トラップ / トランスポゾン / 発生生物学 / 行動遺伝学

研究実績の概要

(1)遺伝子トラップゼブラフィッシュ系統の樹立
スプライスアクセプターの下流にIRES、Gal4FFを組み込んだ改良型遺伝子トラップコンストラクトをランダムにゲノムに挿入させ、トランスジェニックフィッシュ系統を新たに300系統樹立した。 トランスポゾン挿入部位を決定し、トランスポゾン挿入部位をゲノム上へマップした。得られた発現パターン情報、挿入部位のゲノム情報については、独自のデータベースに登録し閲覧・検索可能にした。これらのトランスジェニックフィッシュを基に国際共同研究を行い、①胚および仔魚期の運動神経のシングルセルRNAプロファイリングを行い、Prdm16とMecomという転写因子が、速い運動神経の分化にとって不可欠な決定因子であることを示した。②lakritz変異体を用いて、網膜からの全ての神経接続を欠損させ、網膜からの入力は視覚に関する脳領域の神経発生の速度に影響を与えるが、その結果生じるニューロンの発生や回路形成への影響は検出されないことを示した。③再生中の脊椎動物の運動神経の軸索が神経叢を伸長していく過程のリアルタイムイメージングに初めて成功し、再生中に神経叢で軸索の再分類を促進するというシュワン細胞の新しい役割を明らかにした。
(2)終脳の機能的神経回路の解明：
哺乳動物終脳の海馬に相当するゼブラフィッシュ終脳の機能解析のための痕跡恐怖条件付け学習および空間学習の行動アッセイシステムの開発に成功した。終脳の背側側方部の脳神経細胞にGal4を発現する系統とUAS下流に神経毒素遺伝子をもつトランスジェニックフィッシュをかけあわせた二重トランスジェニックフィッシュが、海馬機能のアッセイシステムにおいて行動異常を示すことを明らかにした。同定した神経細胞群についてRNA-seqによる発現プロファイル解析を行い、哺乳類の海馬の神経細胞群との相同性を明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

令和5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5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] University of Pennsylvania(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of Pennsylvania
• [国際共同研究] NORCE Norwegian Research Centre(ノルウェー)
  • 国名: ノルウェー
  • 外国機関名: NORCE Norwegian Research Centre
• [国際共同研究] Max Planck Institute(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Max Planck Institute
• [国際共同研究] Wuhan University(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Wuhan University
• [雑誌論文] The dwarf neon rainbowfish Melanotaenia praecox, a small spiny‐rayed fish with potential as a new Acanthomorpha model fish: II. Establishment of a microinjection procedure for genetic engineering (2024)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto Kazuhide、Abe Gembu、Kawakami Koichi、Tamura Koji、Ansai Satoshi
  • 雑誌名: Developmental Dynamics 巻: 2024 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1002/dvdy.698
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A novel gene-trap line reveals the dynamic patterns and essential roles of cysteine and glycine-rich protein 3 in zebrafish heart development and regeneration (2024)
  • 著者名/発表者名: Liang Shuzhang、Zhou Yating、Chang Yue、Li Jiayi、Zhang Min、Gao Peng、Li Qi、Yu Hong、Kawakami Koichi、Ma Jinmin、Zhang Ruilin
  • 雑誌名: Cellular and Molecular Life Sciences 巻: 81 ページ: 158
  • DOI: 10.1007/s00018-024-05189-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] One‐step generation of mice with gene editing by Tol2 transposon‐dependent gRNA delivery (2023)
  • 著者名/発表者名: Inotsume Maiko、Chiba Tomoki、Matsushima Takahide、Kurimoto Ryota、Nakajima Mitsuyo、Kato Tomomi、Shishido Kana、Liu Lin、Kawakami Koichi、Asahara Hiroshi
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: 597 ページ: 975～984
  • DOI: 10.1002/1873-3468.14605
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Efficient production of recombinant proteins in suspension CHO cells culture using the Tol2 transposon system coupled with cycloheximide resistance selection (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi Keina、Ogawa Risa、Tsukahara Masayoshi、Kawakami Koichi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 13 ページ: 7628
  • DOI: 10.1038/s41598-023-34636-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dysregulated TDP‐43 proteostasis perturbs excitability of spinal motor neurons during brainstem‐mediated fictive locomotion in zebrafish (2023)
  • 著者名/発表者名: Asakawa Kazuhide、Handa Hiroshi、Kawakami Koichi
  • 雑誌名: Development, Growth & Differentiation 巻: 65 ページ: 446～452
  • DOI: 10.1111/dgd.12879
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Target-selective vertebrate motor axon regeneration depends on interaction with glial cells at a peripheral nerve plexus (2023)
  • 著者名/発表者名: Walker Lauren J.、Guevara Camilo、Kawakami Koichi、Granato Michael
  • 雑誌名: PLOS Biology 巻: 21 ページ: e3002223
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.3002223
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Generation of Transgenic Fish Harboring CRISPR/Cas9-Mediated Somatic Mutations Via a tRNA-Based Multiplex sgRNA Expression (2023)
  • 著者名/発表者名: Shiraki Tomoya、Kawakami Koichi
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 2707 ページ: 305～318
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-3401-1_20
• [雑誌論文] In Vivo Optogenetic Phase Transition of an Intrinsically Disordered Protein (2023)
  • 著者名/発表者名: Asakawa Kazuhide、Handa Hiroshi、Kawakami Koichi
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 2707 ページ: 257～264
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-3401-1_17
• [雑誌論文] Genetic Identification of Neural Circuits Essential for Active Avoidance Fear Conditioning in Adult Zebrafish (2023)
  • 著者名/発表者名: Lal Pradeep、Tanabe Hideyuki、Kawakami Koichi
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 2707 ページ: 169～181
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-3401-1_11
• [雑誌論文] Determinants of motor neuron functional subtypes important for locomotor speed (2023)
  • 著者名/発表者名: D’Elia Kristen P.、Hameedy Hanna、Goldblatt Dena、Frazel Paul、Kriese Mercer、Zhu Yunlu、Hamling Kyla R.、Kawakami Koichi、Liddelow Shane A.、Schoppik David、Dasen Jeremy S.
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 42 ページ: 113049～113049
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.113049
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] A novel genetic system to visualize activated neurons during behaviors in the adult zebrafish (2024)
  • 著者名/発表者名: Koichi Kawakami
  • 学会等名: Asian Conference on Fish Models for Diseases
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] J-RDMM and the neurological disorder (2024)
  • 著者名/発表者名: Koichi Kawakami
  • 学会等名: 10th Strategic Conference of Zebrafish Investigators
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] J-RDMM and the study of rare and undiagnosed diseases using zebrafish (2023)
  • 著者名/発表者名: Koichi Kawakami
  • 学会等名: Human Genetics Asia 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] Zebrafish: Methods and Protocols: Third Edition (2023)
  • 著者名/発表者名: Amatruda, J.F., Houart, C., Kawakami, K., Poss, K.D
  • 総ページ数: 360
  • 出版者: Humana Press
  • ISBN: 978-1-0716-3403-5
• [備考] ゼブラフィッシュジーントラップエンハンサートラップデータベース
  • URL: https://ztrap.nig.ac.jp/ztrap/