2014 Fiscal Year Annual Research Report
母性因子による胚性遺伝子ネットワークの開始機構の解析
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13J40065
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
石井(小田) いずみ 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(RPD)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 転写調節 / 母性因子 / ホヤ / タンパク質相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
様々な動物種において、発生開始時の母性因子の局在パターンに従って、領域特異的な発現を開始した転写因子やシグナル伝達因子などの調節因子により、胚の領域によって異なった遺伝子ネットワークが開始される。本研究の目的は、発生開始時に、母性因子がどのように胚性遺伝子ネットワークを開始させるかについて理解することである。このために本研究では、ホヤの発生過程の最も初期に胚性発現を開始する調節遺伝子（プレパターン遺伝子）の発現が、母性因子によりどのように調節されているかを明らかにすることを目指している。
候補母性因子のモルフォリノオリゴによる遺伝子ノックダウン実験および、プレパターン遺伝子のシス調節領域の解析から、これらの遺伝子の発現は、３つの母性因子、GATA-a、β-cateninおよびMacho1により調節されていることを明らかにした。今年度は、これらの因子がどのように協調してプレパターン遺伝子の転写調節を行っているのかを明らかにするために以下のような解析を行った。
１、β-catenin/Tcf、Macho1およびGATAaの共免疫沈降実験を行い、Macho1およびGATAaはともに、β-catenin/Tcfと結合することを明らかにした。２、動物半球特異的シス調節領域の転写活性は、GATA結合配列に、植物半球特異的シス調節領域（V-CRM）および植物半球後方特異的シス調節領域（PV-CRM）の転写活性は、ともにTcf結合配列に依存することを明らかにした。３、V-CRMとPV-CRMの転写活性の特異性は、シス調節領域内のTcf結合配列の違いではなく、PV-CRM内のみに存在するリプレッサー領域の有無により決定されていることを示唆する結果を得た。
これらの結果から、ホヤの胚発生過程で最初に起こる領域化の基盤となる機構が明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、ホヤのプレパターン遺伝子の示す発現パターンの調節機構を全て明らかにすることを目指している。現在までの研究過程で、プレパターン遺伝子の示す多様な発現パターンのうち、最も単純な３種類、動物半球特異的、植物半球特異的、植物半球後方特異的な発現の調節において、β-catenin/Tcf、Macho1およびGATAaが主要な役割を担っていることが明らかになってきた。これらの母性因子による転写調節機構は、全プレパターン遺伝子の転写調節機構の基盤をなすものであると推測されることから、今後の研究により、各因子の果たす役割について、より詳細に明らかにすることにより、申請時の研究目的を主要な部分を達成することができると考えている。
また、ホヤのプレパターン遺伝子の中には、β-catenin/Tcf、Macho1およびGATAaによる調節のみでは説明ができない発現パターンを示すものも存在することから、申請時には、これらの調節にはたらく未知の母性因子を想定し、その同定も予定していた。現在までに、そのような母性因子による調節が存在することを示唆する実験結果も得られており、これらについても引き続き解析を行うことにより、当初予定していた研究計画を完了させる予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに、β-catenin/Tcf、Macho1およびGATAaがタンパク質相互作用を介して、プレパターン遺伝子の転写調節に協調的にはたらいていることを示唆する実験結果が得られている。今後は、これらの母性因子が相互作用しながらどのようにして、多様な発現パターンを調節しているのかを明らかにするために、以下のように研究を進め、論文を完成させる予定である。
１、動物半球特異的に発現するプレパターン遺伝子の発現は、胚全体に局在するGATAにより誘導され、植物半球では、植物半球でのみ核内に局在するβ-cateninにより抑制されていることが示されている。このことから、植物半球に存在するβ-cateninがGATAに結合することにより、GATAの転写調節活性を植物半球特異的に阻害している可能性がある。そこで、β-cateninがGATAに結合することにより、(1) GATAのDNAへの結合能が変化するか、もしくは、(2) GATAの転写活性化機能が影響を受けるかを調べることにより、β-cateninの具体的な役割を明らかにする。
２、植物半球全体または植物半球後方特異的な発現は、ともにβ-catenin/Tcfにより誘導されていることが示されている。植物半球後方特異的な発現のシス調節領域には、転写抑制因子が結合し、転写を抑制しているが、植物半球後方のみに局在するMacho1が、この抑制を解除することで、植物半球後方でのみ発現が誘導されるというモデルが考えられる。そこで、(1) 植物半球後方特異的シス調節領域に存在するリプレッサー領域を同定し、(2)その配列を植物半球特異的シス調節領域に人工的に挿入することにより、植物半球後方特異的な発現を誘起するようにできるかを調べることにより、このモデルを検証する。
３、発現パターンの多様性をもたらしている他の転写因子についても引き続き探索する。
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Research Products
(2 results)
