2018 Fiscal Year Annual Research Report
変態発生制御のシグナル回路と形態異常感受性に関する研究
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17H03867
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
鈴木 徹 東北大学, 農学研究科, 教授 (70344330)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
酒井 義文 東北大学, 農学研究科, 准教授 (10277361)
田川 正朋 京都大学, 農学研究科, 准教授 (20226947)
横井 勇人 東北大学, 農学研究科, 助教 (40569729)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 水産増養殖 / 異体類 / 変態 / 発生 / 体色異常 / 骨異常 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
私達は，これまで異体類の発生と内分泌調節について検討し，変態に伴う眼球移動や左右非対称な体色形成、骨形成はレチノイン酸(活性型ビタミンA, RA)，甲状腺ホルモン，コルチゾル等のシグナルにより制御され，種苗の形態異常(眼位や体色異常，骨異常)は，これらシグナル回路の攪乱によって発生することを示唆している.本研究では，飼育技術と育種の両面から健苗育成に貢献することを目的として、従来の研究を発展し，変態を調節するシグナル回路を解明した上で，種苗で頻発する無眼側黒化の発生原因となるシグナル回路の乱れを究明し、さらに無眼側黒化のリスク遺伝子を特定することをめざす.
本年度はヒラメ種苗の無眼側皮膚に発生する着色型黒化の発生機序を解明した。すなわち、ヒラメ稚魚の背鰭と臀鰭の基部、いわゆる縁側の脂肪組織にSox10陽性の色素幹細胞が神経に沿って常在しており、水槽飼育した場合、幹細胞が活性化されて皮膚にまで移動し、皮膚に到着後に色素細胞に分化することで、着色型黒化が発生する。おそらく水槽飼育では、自然界とは異なり砂地に隠れることができないため、無眼側皮膚が直接光にさらされること、あるいは砂との接触刺激が失われることが着色の原因ではないかと推測される。
無眼側の黒化や背骨の発生異常を強力に誘起するレチノイン酸(RA)の合成酵素と分解酵素の仔魚内組織分布を魚類で初めて明らかにすることができた。合成酵素は、腸上皮細胞と脳の髄液に接する繊毛細胞に強く発現した。変態で機能するRAは腸、脳機能に関係するRAは繊毛細胞から供給されることが予想された。変態期にRAにより発現が誘導される遺伝子としてRA分解酵素やヘモグロビン、抑制される遺伝子としてshhや1型と２型コラーゲンが検出された。抑制された遺伝子は、高濃度RAにより抑制さることで、脊椎骨異常を起こすことが推定された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
二年間の研究により、異体類の種苗生産で起こる無眼側の着色型黒化発症の発生学的メカニズムをほぼ解明することがで、成果は発生の国際誌に掲載された。これは当初計画していた主要な目的の一つである。成果は水産増養殖では、異体類の健苗生産に貢献でき、また鰭の基部に色素系の幹細胞が存在することを発見したことは生物学的にも新しい発見として重要である。
当初計画していたもう一つの目標である、レチノイン酸(RA)の変態における機能と種苗性との関連については、魚類で初めて腸が仔魚体内におけるRAの主要な産生部位であることを発見した。また変態期にレチノイン酸により発現が誘導および抑制される遺伝子が特定することができた。
当初計画していなかったが、異体類の一種であるササウシノシタが小型でモデル生物として利用できることに着目し、仔魚発生のシリーズを通して次世代シーケンサーを使ったトランスクリプトーム解析（RNA-seq）を行い、種々の発生パスウェーを構成する遺伝子の発現プロファイルを網羅的に解析することができた。その結果、甲状腺ホルモン合成系が脊椎骨等の骨格発生時期に活性化され、骨形成に関与する遺伝子パスウェーを始動している可能性を見いだした。これにより甲状腺ホルモンの変態での重要な機能が明らかにすることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
RAの変態における機能をさらに深く掘り下げて理解するために、５種類存在するRA受容体の発現をin situハイブリダイゼーション法により解析することで、作用部位を特定する。加えて、受容体のアンタゴニストおよびRA分解酵素のアンタゴニストが、変態発生におよぼす影響を調べる。
RAと並んで種苗性と深く関わると考えられているコルチゾルについて、活性化および抑制する遺伝子を特定し、仔魚発生を制御する遺伝子機構をさらに詳細に解明していく。またコルチゾル受容体の仔魚体内での発現を調査する。
甲状腺ホルモンについては、骨格形成に伴って発現上昇する時期に、仔魚を甲状腺ホルモンのアンタゴニストに浸漬し、骨格発生への影響を調べる。
無眼側黒化のリスク遺伝子を推定するための予備実験を開始する。これまでにトランスクリプトーム解析で得られた次世代シーケンスの配列フラグメントをcDNA配列あるいはゲノム配列にマッピングを行い、一塩基多型の出現頻度を調査することを計画している。
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