研究課題
イカ、タコなどの軟体動物頭足類は心臓と呼ばれる器官を３個有している。1個は体心臓と呼ばれ、血液を全身に循環させるという脊椎動物の心臓と同様の役割を果たしている。他の2個は鰓心臓と呼ばれ、鰓に血液を送ることに特化した心臓である。このように頭足類は非常に特殊な心循環器系を有しているが、どのように機能の異なる２種類の心臓が発生してくるのか、そのメカニズムは全く明らかにされていない。本研究では世界最小のイカであるヒメイカを用いて鰓心臓、体心臓の発生学的な違いを明らかにするとともに、中胚葉形成から心臓予定領域決定に関わる分子メカニズムを明らかにすることを目的としている。これまでの研究では脊椎動物において心臓特異的転写因子として働いているNkx2.5のヒメイカホモログを単離して発生過程における発現様式の解析を行った。その結果、Nkx2.5が体心臓、鰓心臓両方の前駆細胞に発生の初期から発現していることが明らかとなり、左右両側に生じた心臓前駆細胞の一部が体の正中線上で融合して体心臓を形成し、左右両側に残った集団が鰓心臓となることが考えられた。心臓前駆細胞が体の正中線上で融合して心臓を形成するという発生様式は、脊椎動物の心臓発生においても認められる現象であり、頭足類で脊椎動物心臓と同じ機能を有する体心臓が同様の発生過程を経るということは心臓の進化発生メカニズムを考える上で非常に興味深い。さらに発生を遡り、中胚葉からNkx2.5陽性である心臓前駆細胞が生じてくる過程を明らかにすることも試みている。一連の研究において、中胚葉マーカーの単離も進めており、いくつか候補が得られているので、それら因子の発現様式を脊椎動物の心臓発生と比較する。また、細胞系譜追跡により心臓前駆細胞がどのように移動して体心臓、鰓心臓を形成していくのか明らかにする。
3: やや遅れている
心臓マーカーのクローニングは順調に進み、発現パターンの解析から脊椎動物と共通のメカニズムと頭足類特有のメカニズムとが使い分けられることにより３個の心臓が形成されているのではないかという興味深い結果が得られている。この結果をさらに検証するために、心臓予定領域からの細胞の移動を明らかにすることを試みた。細胞系譜追跡方法として、色素注入による細胞ラベル、レポーター遺伝子の受精卵への顕微注入を試みたが、未だ成功していない。ヒメイカの卵は固い膜に覆われており、これまで実験動物として用いられて来た動物の受精卵とは性質が大きく異なる。そのため新たな注入法の開発が必要であると考えられ、卵殻除去の薬剤処理、レーザー照射などを試みたが、いずれも卵殻除去には至らなかった。引き続き様々な手法を検討していく予定である。
心臓予定領域からの細胞移動を調べるために、引き続き細胞をラベルする方法の確立に取り組む。それとともに、心臓予定領域からの細胞の移動を阻害する実験も試みる。脊椎動物の心臓形成過程において、心臓前駆細胞の左右両側から正中線上への移動を薬剤によって阻害すると、左右両側にそれぞれ心臓が形成される二叉心臓（cardia bifida）となる。このような薬剤をヒメイカ胚に投与し、ヒメイカでも両側に心臓ができるのかどうか、またその場合形成される心臓は鰓心臓なのか体心臓なのか調べることにより、心臓前駆細胞の移動と心臓の個性の決定メカニズムについて検証できる考えられる。本年度は最終年度であるので、これら実験に取り組みながら、心臓マーカーの発現様式から明らかになったことを中心に、頭足類の心臓形成メカニズムに関する論文をまとめていく予定である。
すべて 2016 2015 その他
すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 4件、 招待講演 3件) 図書 (2件) 備考 (3件)
Nature Communications
巻: 10397 ページ: 1-10
doi:10.1038/ncomms10397
Journal of Molecular and Cellular Cardiology
巻: 192 ページ: 158-162
doi: 10.1016/j.yjmcc.2016.02.008.
http://www.iam.u-tokyo.ac.jp/junktakeuchi-lab/
http://www.u-tokyo.ac.jp/ja/utokyo-research/research-news/novel-gene-turns-cardiac-muscle-into-smooth-muscle.html
http://www.u-tokyo.ac.jp/en/utokyo-research/research-news/novel-gene-turns-cardiac-muscle-into-smooth-muscle.html
