2016 Fiscal Year Research-status Report
器官再生において再生芽細胞への脱分化を誘導するエピジェネティックな機構
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15K06897
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
板東 哲哉 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 講師 (60423422)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 器官再生 / エピジェネティクス / ヒストンH3K27 / マクロファージ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヒトやマウスなど哺乳類の器官再生能は低いため手足を失うと再生することは無いが、小型魚類や有尾両生類、昆虫類などの動物は再生能が高い。不完全変態昆虫の幼虫は再生能が高く、付属肢を再生することができる。我々はフタホシコオロギを器官再生のモデル昆虫と位置づけ、再生過程にはたらく遺伝子の解析を行っている。
フタホシコオロギの脚再生過程は、創傷治癒、再生芽形成、位置情報の認識、再パターン形成に4ステップからなる。再生芽形成や再パターン形成における遺伝子発現の変化に対してエピジェネティック因子が重要な役割を果たすと考えられている。我々はこれまでにヒストンH3K27メチル化酵素Enhancer of zeste (E(z))とヒストンH3K27脱メチル化酵素Utxの機能解析を行い、E(z)とUtxが再パターン形成におけるパターン形成遺伝子の発現をエピジェネティックに制御することを見出した。これらの成果を含め、コオロギ脚再生の分子基盤についての総説を執筆し、共同執筆により書籍を出版した。またE(z)の機能低下コオロギでは脳や視葉においてヒストンH3K27のトリメチル化が起こらないため、概日時計遺伝子の発現制御が異常になり、明暗条件とは異なる活動リズムを示すことを見出した。これらの研究成果をZoological Letter誌に発表した。
本研究課題の目的は、再生芽形成におけるエピジェネティックな遺伝子発現の変化を解析することである。近年、魚類や両生類の研究から、マクロファージの働きが再生初期の進行に必須であることが報告された。コオロギでも解析を行ったところ、昆虫マクロファージを枯渇させた個体では脚再生が起こらないことが分かった。この再生不能コオロギを用いて、再生初期過程におけるエピジェネティックな変化を捉えるため、抗ヒストン抗体を用いた時空間的な免疫染色を進めている。
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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
抗体を用いてコオロギ組織中のヒストンH3K27メチル化の分布を解析した結果から、再生脚や発生中の胚、脳や視葉においてトリメチル化ヒストンH3K27が分布することが分かった。また近年の器官再生研究では、マクロファージを介した炎症反応と器官再生の関連に焦点をあてた研究が盛んに行われているため、コオロギ脚再生におけるマクロファージの働きを解析したところ、マクロファージを介した炎症反応が脚再生の促進に重要であることが分かった。より詳細に分子メカニズムを解析すると、マクロファージにおいてToll-like receptor(TLR)を介したシグナル経路が活性化しており、TLRシグナルにより細胞増殖の亢進やサイトカインの放出が活性化することが分かった。また、ROS産生に関わるNADPH酸化酵素の働きも脚再生に必須であることが分かった。TLRシグナルやROS産生はエピジェネティックな遺伝子発現調節と密接に関連している。これら上流因子の機能と、時空間的なエピジェネティック修飾の関連を解明していく。
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| Strategy for Future Research Activity |
マクロファージがTLRシグナルやROS産生を介して器官再生を促進したことから、脚再生過程におけるTLRシグナルやROS産生とエピジェネティック因子の関連を明らかにしていく。
TLRシグナルは、微生物の感染や死細胞由来のDMAPsにより活性化され、細胞内シグナル伝達を介して転写因子NFkBを活性化させる。NFkBは核移行して、抗菌物質などの標的遺伝子の発現を亢進する。器官再生においてはstemnessの維持に関わる遺伝子やパターン形成遺伝子の発現調節を時空間的に切り替えると期待され、発現調節に関与するエピジェネティック因子の機能を解析していく。
魚類を用いた研究から、ROS産生はヒストンH3K9のアセチル化と関連することが知られており、マクロファージ枯渇コオロギの再生脚におけるヒストンH3K9アセチル化を解析する。
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| Causes of Carryover |
ヒストンH3K9アセチル化を可視化する際に用いられるMintbodyを、ゲノム編集技術を用いてコオロギに遺伝子導入する実験系の確立を目指している。Mintbody発現コオロギを樹立する前に、マクロファージの機能とヒストンH3K9アセチル化の関連を調べる実験を優先して行ったため、Mintbody発現コオロギ樹立の至らず、次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
マクロファージの機能の分子メカニズムとエピジェネティック因子の役割を解析するため、次年度使用額は抗体染色やRNAiに用いたい。
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