新しいゲノム遺伝子相関を創出する脊椎動物特有の遠位エンハンサーによる進化

2015 年度 実績報告書

• 研究領域: ゲノム・遺伝子相関：新しい遺伝学分野の創成
• 研究課題/領域番号: 26113720
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 隅山 健太 国立研究開発法人理化学研究所, 生命システム研究センター, ユニットリーダー (00370114)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: ゲノム編集 / cis-element / ノックアウトマウス

研究実績の概要

新奇器官が進化するとき、既存の遺伝子が新たな発現を獲得し新しいネットワークが生まれ器官の発生制御プログラムが完成する。そこでは高度に調律されたシス調節因子の成立が必要である。哺乳類進化にとって重要なステップである胎盤進化はこのモデル系として最適である。
胎盤発生とその進化に重要な役割を果たしているHoxA13遺伝子およびDlx3-4遺伝子とその胎盤エンハンサー関連領域を解析するため、まず近年急速に発展しているゲノム編集技術の改良を進めた。連携研究者の理研・岡田康志チームリーダーとの共同研究により独自の改良を加えたsuperTALENによるマウス受精卵への高効率直接ゲノム編集法を確立することに成功した。さらにCRISPR/Cas9システムの改良によりF0世代でほぼ100％ノックアウトを実現する技術を確立した（Sunagawa, Sumiyama et al. Cell reports 2016, Tatsuki et al. Neuron 2016）。この技術を応用してHoxA13遺伝子およびDlx3-4遺伝子コード領域・非コード領域双方の主要因子の各種ノックアウト・ノックインマウス作製を進め、これまでに複数の系統確立に成功した。第一世代のDlx3, Dlx4の遺伝子コード領域ノックアウトマウスの表現型は、Dlx3で胎盤の形成不全・毛の発生異常など、これまでの報告および予想と一致するものであった。今後は非コード領域のノックイン・ノックアウトマウスの作製をさらに進めるとともに、すでに樹立した非コード領域ノックアウトマウスとコード領域ノックアウトマウスとの表現型比較を行い、エンハンサー領域毎の表現型の解析を進めてその進化過程についての考察をまとめていく予定である。

現在までの達成度 (段落)

27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

27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] Mammalian reverse genetics without crossing reveals Nr3a as a short-sleeper gene (2016)
  • 著者名/発表者名: Genshiro A. Sunagawa†, Kenta Sumiyama†, Maki Ukai-Tadenuma†, Dimitri Perrin†, Hiroshi Fujishima, Hideki Ukai, Osamu Nishimura, Shoi Shi, Rei-ichiro Ohno, Ryohei Narumi, Yoshihiro Shimizu, Daisuke Tone, Koji L. Ode, Shigehiro Kuraku and Hiroki R. Ueda*, †Co-first authors.
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 14 ページ: 1-16
  • DOI: dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2015.12.052
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Involvement of Ca2+-Dependent Hyperpolarization in Sleep Duration in Mammals (2016)
  • 著者名/発表者名: Fumiya Tatsuki, Genshiro A. Sunagawa, Shoi Shi, Etsuo A. Susaki, Hiroko Yukinaga, Dimitri Perrin, Kenta Sumiyama, Maki Ukai-Tadenuma, Hiroshi Fujishima, Rei-ichiro Ohno, Daisuke Tone, Koji L. Ode, Katsuhiko Matsumoto, and Hiroki R. Ueda.
  • 雑誌名: Neuron 巻: 90 ページ: 70-85
  • DOI: dx.doi.org/10.1016/j.neuron.2016.02.032
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Directed migration of pulmonary neuroendocrine cells toward airway branches organizes the stereotypic location of neuroepithelial bodies (2015)
  • 著者名/発表者名: Masafumi Noguchi, Kenta Sumiyama and Mitsuru Morimoto
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 13 ページ: 1-8
  • DOI: dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2015.11.058
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Circuit-dependent striatal PKA and ERK signaling underlies rapid behavioral shift in mating reaction of male mice (2015)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Goto, Ichiro Nakahara, Takashi Yamaguchi, Yuji Kamioka, Kenta Sumiyama, Michiyuki Matsuda, Shigetada Nakanishi, and Kazuo Funabiki
  • 雑誌名: PNAS 巻: 112 ページ: 6718-6723
  • DOI: doi:10.1073/pnas.1507121112
  • 査読あり
• [学会発表] Genome editing technologies for gene knockout phenotyping on founder mice (2015)
  • 著者名/発表者名: Kenta Sumiyama
  • 学会等名: RIKEN Symposium - The present and the future of synthetic biology
  • 発表場所: RIKEN KOBE CDB, 兵庫県神戸市
  • 年月日: 2015-12-03 – 2015-12-03
  • 招待講演
• [学会発表] Higher expression of Adcyap1gene is associated with altered behavioral and prolonged physiological responses to stress in wild-derived MSM mice (2015)
  • 著者名/発表者名: Akira Tanave, Aki Takahashi, Kenta Sumiyama, and Tsuyoshi Koide
  • 学会等名: 29th Annual Conference of the International Mammalian Genome Society
  • 発表場所: Yokohama Port Opening Memorial Hall, Yokohama, Japan
  • 年月日: 2015-11-08 – 2015-11-08
  • 国際学会
• [学会発表] Development and application of improved TALE protein (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazuho Ikeda, Yoko Terahara, Kenta Sumiyama, Yasushi Okada
  • 学会等名: 第５３回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学、石川県金沢市
  • 年月日: 2015-09-13 – 2015-09-13
• [学会発表] 簡単で高効率なTol2トランスポゾンシステムと細胞質インジェクションによるトランスジェネシス法 (2015)
  • 著者名/発表者名: 隅山健太
  • 学会等名: 第29回モロシヌス研究会
  • 発表場所: かんぽの宿 有馬、兵庫県神戸市
  • 年月日: 2015-07-04 – 2015-07-04
• [学会発表] 高活性型TALE蛋白質の開発とゲノム配列ライブイメージングへの応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 池田一穂、寺原陽子、隅山健太、岡田康志
  • 学会等名: 第67回日本細胞生物学会大会
  • 発表場所: タワーホール船堀、東京
  • 年月日: 2015-06-30 – 2015-07-02
• [学会発表] 非コード領域は何のために存在する? (2015)
  • 著者名/発表者名: 隅山健太
  • 学会等名: 遺伝研研究集会「ビッグデータ時代の分子進化」
  • 発表場所: 国立遺伝学研究所、静岡県三島市
  • 年月日: 2015-06-27 – 2015-06-27
  • 招待講演