| 研究領域 | 進化の制約と方向性 ～微生物から多細胞生物までを貫く表現型進化原理の解明～ |
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| 研究課題/領域番号 |
20H04858
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
東山 大毅 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 特任研究員 (40816625)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 脊椎動物 / 進化 / 発生 / 頭部 / 発生 / 神経堤細胞 / 頭蓋骨 / 発生拘束 |
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| 研究実績の概要 |
脊椎動物は、同一セットの顔面原基の量的な曲げ伸ばしと組合せで顔面形態を作っている。これまでに我々は、祖先的に高度に保存された顔面原基の組合せパターンが、哺乳類に至る過程で大幅にシフトしているらしいことを比較形態学的に発見した。では、そんな稀な変化が哺乳類の系統特異的に生じた背景にはどんな発生現象があるのだろうか。
当該年度は、この現象の背景にある発生機構について考察する前に、この発生現象をDlx1-CreERT2マウス（顔面原基のうち上顎突起を特異的に標識できるマウス）を用いて実験的に証明し、論文として完成させた。その結果、哺乳類では、祖先の上あごの先や前上顎骨を構成していた発生原基が上あごから半独立した「鼻部」となり、代わりに哺乳類の口先はもともと頬を構成していた上顎突起の延長として形成されたことが分かった。これは、祖先的な顔面形成の制約を逸脱して新たな解剖学的結合関係をつくり、形態-機能的に新規な構造を成立させた、進化的新機軸の典型例と言える。
また、化石記録から、こうした顔面構造の入れ替わりは約１億年かけて漸進的に生じたことも分かった。咽頭胚期における顔面原基の位置と数は羊膜類で共通していることから、哺乳類とそれ以外の羊膜類との顔面形成の差は、顔面原基の量的な伸び方の差に還元できるはずである。では、その差は発生のいつ、どの発生原基にどれくらい現れるのだろうか。これを知るために、ニワトリやマウス胚の非破壊的な三次元イメージの取得をマイクロＣＴスキャンを用いて試みた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
新型コロナウィルス影響下において、当初予定されていたマイクロＣＴスキャンを用いたイメージングをはじめ共同研究がうまくいかず、また飼育マウスの規模縮小も余儀なくされたため、実験のスピードは大幅に遅れることになった。
ただし、同時期には当初の予定にはなかった非モデル動物の胚試料の取得に成功したり、新たな研究テーマ・共同研究の着想も得られた。当初の研究計画からは目に見えて遅れているものの、研究活動全体としては一定の進捗が見られた。
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| 今後の研究の推進方策 |
哺乳類頭部の進化的成立については、専門的には説明不足な点があったことから、マウス、ソメワケササクレヤモリなどを用いて比較形態学的に詳細な点を補う論文を書く。
更に、コロナ禍による移動制限の治まり次第、胚のマイクロＣＴスキャンによる三次元撮影を再開し、咽頭胚期においてどの構造がどの程度伸長するかを定量する。
また、顔面原基が最も大幅に変化しているであろうと推測される咽頭胚期に関し、マウス胚顔面原基での空間トランスクリプトームをおこなう。これにより、伸長する顔面原基のどこにどんな遺伝子が発現しているのかを時空間的に突き止める。これは当初の研究計画を立てる段階から希望していた実験ではあるものの、その予算や実験規模などから実現可能性は低いとみて断念していた。しかし、当該年度に同新学術領域内における他の班との共同研究の計画がまとまり、本実験に取り組むことが現実的となった。それでもなお現行の空間トランスクリプトーム技術ではマウスを対象にしたものが精々ではあるが、近い将来に他の動物との比較が可能になるとは十分に予想が出来、また顔面突起の伸び方の背景にどんな因子がかかわっているかを推定するうえでも非常に強力なツールとなりうる。
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