【研究領域課題番号】22H03045 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

発生・分化 / 遺伝子 / 循環器・高血圧 / 発現制御 / シグナル伝達

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2022-04-01 - 2025-03-31

【配分額】17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)

【研究領域課題番号】19H03622 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

多因子遺伝 / 総動脈幹症 / TBX1 / Tbx1 / 発生・分化 / 遺伝子 / 発現制御 / シグナル伝達 / 循環器・高血圧 / Tbx20 / 心臓神経堤細胞 / 二次心臓領域

【研究成果の概要】

22q11.2欠失症候群に合併する先天性心疾患の責任遺伝子であるTBX1の発現を遺伝子改変技術で低下させたマウスモデルにおいて、妊娠母マウスに葉酸を投与することにより、胎仔の先天性心疾患表現型を軽症化することに成功し、葉酸によりNOTCHシグナルが活性化され、心臓前駆細胞である神経堤細胞の発生分化異常が救済される機序が示唆された。また、遺伝子改変マウスの交配実験によりTBX1と同じ遺伝子群のTBX20が心臓発生において遺伝的相補性を持って機能することが明らかになり、下流転写因子PITX2の発現を制御することにより心臓ルーピングおよび心室中隔形成に関与すると考えられた。

【研究の社会的意義】

本研究課題におけるTBX1とTBX20の遺伝的相補性が示された成果は、多因子遺伝と考えられる複雑先天性心疾患の発症分子機序解明のための一つの基礎的知見として重要である。また、ヒト染色体・遺伝子異常そのものを治療・修復する医療は困難だが、葉酸によるTbx1発現低下マウスの心疾患表現型の軽症化および心臓神経堤細胞の機能回復とその分子経路を示唆した本研究成果の学術的意義は高く、将来的にヒト22q11.2欠失症候群の心疾患を軽症化する治療・予防法につながる可能性を示すことから、数多くの心疾患への応用を含めて社会的意義は大きい。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31

【配分額】17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)

【研究分野】昆虫科学

【研究領域課題番号】17H03940 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

性決定 / 性分化 / エクダイソン / doublesex / dmrt遺伝子 / Masculinizer / long-non-coding RNA / DMRT遺伝子 / TALEN / CRISPR/Cas9 / 胚致死 / 昆虫 / シグナル伝達 / 遺伝子 / 発現制御 / 発生・分化 / 性ホルモン / カイコ / ホルモン

【研究成果の概要】

本研究課題では、昆虫の代表的なステロイドホルモンとして知られるエクダイソンが、昆虫の性分化の制御に関与するか否か、また、関与するのであれば、その作用機序はいかなるものであるか、という点を明らかにすることを目的としている。本研究成果により、昆虫性分化のマスター制御遺伝子であるdsxの精巣における発現がエクダイソン濃度依存的に上昇することが判明した。免疫組織化学による発現部位解析、ゲノム編集による表現型解析、エンハンサー解析の結果から、内部生殖器の雄化はdsxだけでは説明できず、その同族遺伝子であるdmrt93Bが必要であること、エクダイソンの応答にもこの遺伝子が関与することが示唆された。

【研究の社会的意義】

本研究では、内部生殖器の性分化がdsxだけでは説明できず、その同族遺伝子dmrt93Bが内部生殖器の雄化にとってより重要な働きをもつことを明らかにできた。これは、昆虫性分化のマスター制御因子であるとのこれまでの見解に一石を投じる発見と言える。dsxの精巣における発現がエクダイソン濃度依存的に上昇することを明らかにすると共に、この過程にdmrt93Bが関与するという新たな知見をもたらしたという点でも学術的価値が高い。また本研究では長年謎であった、雄化因子MASCがdsxの雄型アイソフォームの産生を制御する分子機構を解明し、性決定研究にブレークスルーをもたらしたという点で学術的意義が高いと言える。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円)

【研究分野】植物分子・生理科学

【研究領域課題番号】17K07437 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

トレニア / シロイヌナズナ / シュート再生 / 表皮細胞 / 脱分化 / 細胞分裂 / シュート頂分裂組織 / 不定芽 / サイトカイニン / 遺伝子発現 / 遺伝子 / 細胞・組織 / 植物 / 発生・分化

【研究成果の概要】

本研究では、茎断片の表皮細胞が脱分化・増殖し、カルス相なしに不定芽のシュート頂分裂組織（SAM）を新たに形成する、トレニアの直接シュート再生系を用い、脱分化とSAM新構築について、細胞学的解析とトランスクリプトーム解析を行った。その結果、サイトカイニンに応答した表皮細胞の核小体の発達と細胞分裂の再開、光依存の細胞増殖の活性化を経て、増殖細胞の領域化が起き、SAMが構築されることなどが明らかになった。また、シロイヌナズナの2段階シュート再生系との比較から、基本的な経路は大きく異なること、しかしそれにも関わらず共通した発現変動を示す遺伝子群が存在することなどがわかった。

【研究の社会的意義】

本研究では、トレニアの直接シュート再生系を解析し、多くの情報を蓄積したほか、シロイヌナズナの２段階シュート再生系と比較して、基本的な経路が大きく異なるにもかかわらず、同じような発現変動を示す遺伝子セットが存在することを見出した。これらの結果は、シュート再生の経路に関する新知見を提供するとともに、再生の遺伝子ネットワークに経路によるものと経路によらないものがあることを示唆している。広く細胞リプログラミングやパターン生成の共通素子を理解することにつながり、その点で大きな学術的意義がある。また、シュート再生能の制御に応用することで、植物バイオテクノロジーにも貢献できる可能性がある。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)

【研究分野】園芸科学

【研究領域課題番号】16K14843 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

食用アスパラガス / 性決定 / 遺伝子 / DNAマーカー / 植物ホルモン / 生殖 / アスパラガス / 雌雄性 / 花 / 形態形成 / 生理活性物質 / ホルモン・生理活性物質 / 転写因子 / 園芸学 / 遺伝学 / ゲノム / 発生・分化

【研究成果の概要】

モデル植物・シロイヌナズナにおいては、MYB35という遺伝子を欠損すると雄性不稔となることが知られていたが、食用アスパラガスにおいては、これによく似た遺伝子（AoMYB35）が雄株にのみ存在し、雌株に存在しないということを明らかにした。AoMYB35は食用アスパラガスの雌雄性決定遺伝子の候補として有力なものである。また、雌花の雄蕊における細胞死を特徴づけると共に、食用アスパラガスの各花器官（花被片、雌蕊、雄蕊）の転写産物を網羅的に解析し、食用アスパラガスの雌雄性に関わる遺伝子を絞り込んだ。生理活性物質により食用アスパラガスの雌雄性（雌蕊・雄蕊の発達）を制御することには失敗した。

【研究の社会的意義】

食用アスパラガスにおいて太い若茎を得るには、株を数年育成させる必要がある。露地においては、雌株には種子が着くが、これが地面に落ちると商品価値のない若い株が生じ、これは栽培管理上不都合である。このことから、露地での食用アスパラガス生産には雄株を用いるのが望ましい。雌株と雄株は通常花の形態により判別するが、花が着くまでには二年程度かかる。本研究により、AoMYB35という遺伝子が雄株にのみ存在することが見出された。これを用いれば、花の着生を待たずに雌雄を判別できる。これを利用すれば雌雄を転換させることも可能になるかもしれない。そのような技術は食用アスパラガスの品種育成にも資する可能性がある。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】遺伝育種科学

【研究領域課題番号】16H04857 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

撥水性 / イネ / 遺伝学 / 変異体 / 葉 / 遺伝子 / ワックス / 植物 / 発生・分化 / 表皮

【研究成果の概要】

イネの葉はハスと同等の極めて高い撥水性（超撥水性）を示す。この超撥水性の発現メカニズムを様々な観点から明らかにした。まず、イネの葉において葉身向軸側が最も撥水性が高いこと、撥水性は環境条件によって変化することなどを明らかにした。また、撥水性が低下した濡れ葉変異体を用いることによって、複数のワックス合成に関わる遺伝子がイネの撥水性に重要であることを明らかにした。また、様々な種類のイネの撥水性を調査することによって、多くのイネの栽培種は高い撥水性を示すことを明らかにした。

【研究の社会的意義】

超撥水性は植物の耐病性や光合成効率の上昇に寄与すると考えられる。本研究で得られた成果によって植物表面の撥水性を制御する基盤的知識を得ることができた。これを利用して、作物における病原体による初期感染の予防や、汚れの洗浄効果による病原体の感染リスクの低下、光合成効率の上昇が期待できる。また、イネにおけるワックス合成遺伝子の解明により、イネワックスの改変や増産の可能性も期待される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)

【研究分野】細胞生物学

【研究領域課題番号】16H04787 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

細胞骨格 / 細胞周期 / 細胞分裂 / 微小管 / 細胞・組織 / 遺伝子 / 遺伝学 / 発生・分化 / 細胞生物学 / 分子生物学

【研究成果の概要】

本研究では、微小管が細胞のなかでどのように形成されるのか、分子レベル・細胞レベル・組織レベルの各階層にわたり解明することを目指している。これまでに、分裂酵母・ヒト培養細胞を用いて微小管形成機構を調べており、さらにマウス組織での実験をおこなうための飼育・実験の基盤作りをおこなった。その結果、Alp7/TACCが微小管形成においてガンマ・チューブリン複合体と協調して微小管の形成を促進すること、さらにAlp7が存在しない細胞でも微小管を形成するシステムの存在が示唆された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)

【研究分野】小児科学

【研究領域課題番号】16H05359 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

発生・分化 / 遺伝子 / 循環器 / 発現制御 / シグナル伝達 / 循環器・高血圧

【研究成果の概要】

22q11.2欠失症候群モデル（Tbx1発現低下）マウスの総動脈幹症の病型が、妊娠母体マウスへの葉酸投与により軽症化した。その機序として、流出路中隔を形成する間葉系細胞の発生障害が、葉酸により救済されることを解明した。そして、心臓の発生および神経堤細胞の遊走・分化を制御する複数の因子の発現が、葉酸により変化することを明らかにした。また、Tbx4が肺間葉系細胞の未分化維持に機能することを明らかにし、その分子機序として、Tbx4が分泌性増殖因子Fgf10の発現を直接制御することを解明した。さらにCRISPR/Cas9システムを用いてTbx20欠損マウスを作製し、Tbx1との遺伝的相補性を検討した。

【研究の社会的意義】

本研究の結果として、多因子遺伝の先天性心血管疾患の成因解明に対して新たなアプローチが確立する。今後、複雑な先天性心血管疾患に対する新たな治療戦略として、幹細胞による再生医療の応用が期待されており、このような成果による個々の先天性心血管疾患の成因解明の蓄積は、オーダーメード医療のための基礎的知見として重要である。ヒト染色体・遺伝子異常症の染色体や遺伝子そのものを治療・修復する医療は困難だが、本研究によるTbx1発現低下マウスの心血管疾患の表現型の軽症化する環境・epigenetic因子またはその分子経路の特定は、将来22q11.2欠失症候群の心疾患を軽症化する治療法の実現につながる可能性がある。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)

【研究分野】ゲノム生物学

【研究領域課題番号】15H02370 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム / 遺伝子 / 遺伝学 / 神経科学 / 発生・分化 / ゼブラフィッシュ / 遺伝子トラップ / 脳・神経 / 器官形成

【研究成果の概要】

（１）遺伝子トラップスクリーンを実施し、さまざまな細胞・組織・器官特異的にGal4FFを発現するトランスジェニックフィッシュを多数作製した。これらの系統におけるトランスポソン挿入部位を決定した。
（２）細胞・組織・器官特異的Gal4FF発現トランスジェニックフィッシュを基に共同研究を実施し研究成果を英文論文40報として発表した。
（３）ボツリヌス毒素遺伝子を用いてGal4FF発現神経細胞の機能を効率良く阻害するシステムの開発に成功した。カルシウムイメージングを行い、エサなどの視覚刺激が食欲の中枢である視床下部下葉を活性化する神経回路を発見した。恐怖条件付け学習に必須な終脳の神経回路を同定した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】42,900千円 (直接経費: 33,000千円、間接経費: 9,900千円)

【研究分野】代謝学

【研究領域課題番号】15K09378 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

糖尿病 / 肥満 / 脂肪細胞 / 遺伝子 / 転写制御 / 高次クロマチン構造 / ゲノム編集 / 発生・分化

【研究成果の概要】

脂肪細胞分化において重要な役割を果たすPPARγによるC/EBPα遺伝子の転写制御機構は不明であった。ChIP-seq解析により、C/EBPα遺伝子の遠位領域にPPARγ結合部位のクラスターを同定し、これらの領域はスーパーエンハンサーを形成していた。さらに遠位エンハンサーとプロモーターにゲノムのループ構造の形成に関わるCTCFの結合部位を見出した。4C-seqや3C法では、遠位エンハンサーとプロモーター間に分化により増強する近接関係を認めた。PPARγによるC/EBPα遺伝子の転写制御において、CTCFを介したスーパーエンハンサーを有するクロマチンループの形成が重要である可能性が示唆された。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)

【研究分野】発生生物学

【研究領域課題番号】26291047 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経遺伝学 / ショウジョウバエ / 軸索投射 / 受容体型膜タンパク質 / 軸索間相互作用 / 神経生物学 / 神経回路形成 / カドヘリン / リガンド・受容体 / 視神経系 / 発生・分化 / 神経科学 / シグナル伝達 / 脳・神経 / 遺伝子 / 発生生物学 / 軸索誘導 / 視覚神経系

【研究成果の概要】

Fmiの機能解析をサナギ初期において初めて行ったところ、Fmiはフィロポーディアの形成と伸長を促進する機能を持っていることがわかり、Gogoはこれを抑制する機能を持っていることが分かった。このGogoの機能が、サナギ初期でR8軸索どうしが距離を一定に保つことにつながっている。サナギの後半でGogoの発現が弱くなると、Fmiのフィロポーディア伸長のスイッチが入り、R8がM3に到達することになる。これは、軸索どうしの一定間隔の維持に、フィロポーディアの活動を抑制するというGogoの機能が深く関係していることを示唆している。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)

【研究分野】皮膚科学

【研究領域課題番号】26293259 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

タイトジャンクション / 皮膚バリア / 組織恒常性 / 形と機能 / 表皮 / ケルビン１４面体 / 表皮恒常性 / アレルギー / 遺伝子 / 免疫学 / 発生・分化 / 各層 / ターンオーバー / 上皮組織 / 表皮角化 / 重層上皮細胞 / 単層上皮細胞

【研究成果の概要】

皮膚表皮のバリアをうまく保ちながら、バリアを作っている表皮細胞自身はどうやって新陳代謝して入れ替わっているのでしょうか？我々は、この謎を解く鍵が、ひとつひとつの細胞の形にあることが初めて明らかにしました。皮膚の細胞は、ケルビン14面体と呼ばれる、空間を効率良く埋めるために最適な多面体が平たくなった形をしていました。この形をうまく利用して、規則的な順序で細胞が入れ替わることにより、丈夫な皮膚バリアを保ったまま、次々と古い細胞を垢として捨て、常に瑞々しい皮膚を保つことができることが、詳細な顕微鏡観察とコンピュータシミュレーションにより初めて明らかになりました。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】16,510千円 (直接経費: 12,700千円、間接経費: 3,810千円)

【研究分野】代謝学

【研究領域課題番号】25860742 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

遺伝子 / 転写制御 / 高次クロマチン構造 / 3C / 脂肪細胞 / 分化 / 糖尿病 / 肥満 / 発生・分化 / 遺伝子発現制御

【研究成果の概要】

脂肪細胞の分化においてマスターレギュレーターである転写因子PPARγとC/EBPαのポジティブフィードバックループは重要な役割を果たすが、PPARγによるC/EBPα遺伝子の転写制御機構は現在まで不明であった。ゲノムワイドにPPARg結合領域を同定するChIP-seqや、核内でのゲノム領域間の3次元的な近接関係を検出する3C法による解析などから、既存の手法では明らかでなかったC/EBPα遺伝子の下流に存在する複数の機能的な遠位エンハンサーを同定し、転写制御において遠位エンハンサーとプロモーターのヒストン修飾やクロマチン構造、同領域間のクロマチンループのダイナミックな変化の関与が示唆された。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2015-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究分野】小児科学

【研究領域課題番号】25293238 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

発生・分化 / 発現制御 / 遺伝子 / 循環器・高血圧 / 再生医学 / 発生分化

【研究成果の概要】

マウスモデルを用いて、心臓流出路発生における分泌因子Sema3Cの発現が転写因子Foxc1/2に活性化され、二次心臓領域では転写因子Tbx1に直接的に、心臓神経堤細胞ではTbx1の下流分泌因子Fgf8を介して間接的に抑制されることを明らかにした。このダイナミックな発現制御により、心臓神経堤細胞の正常な遊走が誘導され、流出路中隔が形成される。また、IP3R2型の発現部位をLacZで標識するマウスにより中枢から末梢にかけての肺動脈発生の可視化に成功し、このマウスモデルを利用して心臓流出路異常に伴う肺血管発生異常の機序を明らかにし、肺動脈平滑筋に特異的な未知の発現制御配列と制御因子の候補を特定した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)

【研究分野】血液内科学

【研究領域課題番号】24390246 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

発生・分化 / 遺伝子 / 発現制御 / 転写因子 / 国際情報交換

【研究成果の概要】

細胞分化においては転写因子による遺伝子発現制御が重要である。本研究では転写因子IRF8に注目して、免疫調節に重要な単球や樹状細胞（単核貪食細胞系）の初期分化機構を解析した。その結果、IRF8が単核貪食細胞系前駆細胞で急激に発現を高め他の転写因子と相互作用し、単球や樹状細胞への分化を促進する一方で他系譜への分化を阻害することや、IRF8が分化誘導する際はエンハンサーと呼ばれるゲノム領域を形成し様々な遺伝子の転写を活性化することがわかった。また、IRF8は慢性骨髄性白血病（CML）のがん遺伝子BCR-ABLによる樹状細胞の分化抑制を解除できることを見出し、CMLの新たな治療法の可能性を示した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)

【研究分野】腫瘍生物学

【研究領域課題番号】23701063 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

幹細胞 / 遺伝子 / 癌 / トランスレーショナルリサーチ / 発生・分化 / ヒストンメチル化酵素 / EZH2遺伝子 / KLF2遺伝子 / 癌幹細胞

【研究成果の概要】

がん幹細胞の維持に関与するヒストンメチル化酵素(HMT)に着目し、その標的遺伝子の同定、分子機構を解明することを目的として研究を推進した。その結果、(1)HMTであるEZH2遺伝子産物の新規標的遺伝子であるKLF2を同定した。また、(2)KLF2遺伝子の機能解析を行い、KLF2が腫瘍形成能、転移能に影響を及ぼすことが判明した。KLF2遺伝子の発現を乳癌、前立腺癌の臨床検体で評価し、腫瘍マーカーへの応用が可能である根拠が得られた(Oncogene 2011)。以上から、同分子が癌の標的分子治療へ応用できると考えた。最終年度は、KLF2遺伝子の癌幹細胞形質に及ぼす影響をFCM、遺伝子発現により検証を行い、本分子が癌細胞の幹細胞性に関わることが判明した。さらに、KLF2遺伝子の発現を誘導する低分子化合物のスクリーニングを目的に、レポータアッセイを基本としたセルベースのハイスループットスクリーニング系を構築し、薬剤ライブラリーを用いて網羅的に検討した。その結果、代謝性疾患に臨床応用されている薬剤により、KLF2遺伝子が誘導されることが分かった。結果、すでに大きな副作用の無い本剤を腫瘍の治療薬として応用できる可能性が示唆された。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2011 - 2012

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】応用微生物学

【研究領域課題番号】22580097 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

きのこ / 光受容体 / 形態変化 / シイタケ / 子実体形成 / 光応答 / バイオインフォマティクス / 遺伝子発現 / 次世代型DNAシーケンサー / 遺伝子 / ゲノム / 応用微生物 / シグナル伝達 / 生体分子 / 農林水産物 / 発生・分化 / 子実体

【研究成果の概要】

きのこの子実体形成には光が必要である。シイタケの光受容体遺伝子 Le.cry は、担子菌初のクリプトクロム型光受容体をコードしていた。その産物Le.CRY の解析 の結果、青色光領域を吸収し子実体形成に関わることが示唆された。プロテオーム解析の結果、 リン酸化や糖鎖付加などの翻訳後修飾を介して、子実体形成に関わる代謝経路やシグナル伝達 経路が存在することが分かった。トランスクリプトーム解析の結果、光応答遺伝子群を網羅・ 同定した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】ゲノム生物学

【研究領域課題番号】22310120 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

遺伝子 / ゲノム / 転写調節 / 発生・分化 / ホヤ / メダカ

【研究成果の概要】

次世代型DNAシークエンサーによりmRNAの５'端配列を大量に決定し、ゲノム上にマッピングすることによりホヤゲノム中の転写開始点と遺伝子発現プロファイルを決定した。これらのデータを用いて、組織特異的または発生段階特異的プロモーターの発見、トランススプライシングされる遺伝子の転写開始点の同定、miRNA遺伝子の転写制御領域の同定等の成果が得られた。ホヤとメダカを用いた発生遺伝学的実験解析により、細胞特異的な転写制御に関わる転写因子を同定し、転写因子とシス調節領域の相互作用およびクロマチン構造の変化による、ホヤと脊椎動物で共通の遺伝子発現調節機構を明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010-04-01 - 2013-03-31

【配分額】20,020千円 (直接経費: 15,400千円、間接経費: 4,620千円)

【研究分野】細胞生物学

【研究領域課題番号】21687015 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

細胞分裂 / 細胞周期 / 染色体分配 / 微小管 / 減数分裂組換え / 遺伝学 / 遺伝子 / ゲノム / 発生・分化 / 染色体 / 細胞

【研究成果の概要】

本研究では、分裂酵母の減数分裂において見られる新規の微小管構造が、減数分裂組換えとその後の染色体分配という2つの現象を連携させる機能を持つことを実証した。また、その分子メカニズムについても解析を行い、特定の微小管結合タンパク質が通常とは異なる部位に局在することで、減数分裂特有の難しい染色体分配を克服していることが分かった。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】24,440千円 (直接経費: 18,800千円、間接経費: 5,640千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】20670002 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

カルシウム / リン酸化 / 突起伸展 / シナプスから核へのシグナリング / 脳・神経 / 発生・分化 / 遺伝子 / シグナル伝達 / 生体分子

【研究成果の概要】

「経験」に基づく情報を、神経回路内に長期的に「書き込む」シグナル伝達機構については多 くの謎が残っている。本研究課題を通じ、(1)神経突起の形態制御を司る新たなCaMKK-CaMKカスケード、(2)シナプス活動が新規遺伝子発現を引き起こすメカニズム、(3)神経活動によって誘導され た遺伝子産物がシナプスを修飾する逆シナプスタギング機構、等を解明し、「経験」が神経情報 として神経回路に貯蔵される仕組みを世界に先駆けて明らかにした。

【研究種目】若手研究(S)

【研究期間】2008 - 2012

【配分額】104,780千円 (直接経費: 80,600千円、間接経費: 24,180千円)

【研究分野】解剖学一般(含組織学・発生学)

【研究領域課題番号】20590196 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

細胞・組織 / 再生医学 / 脳・神経 / 発生・分化 / 神経科学 / 中枢神経系 / 幹細胞 / 遺伝子 / 細胞死

【研究成果の概要】

我々が既に単離同定している神経幹細胞に発現する新規遺伝子群のなかかのひとつSE90/radmis遺伝子について解析を進めた。in situ hybridization解析により、radmis mRNA発現は胎生期の脳室周囲層、および生後や成体脳の側脳室の脳室下層といった神経幹細胞が局在すると考えられる部位での発現が認められた。また特異的抗体による組織学的解析の結果、radmisタンパクは神経幹細胞の放射状細胞突起と分裂期紡錘体微小管に一過性に局在し、分裂後は速やかに後期促進複合体APC/Cdh1によるユビキチン化を受けてタンパクが分解され、幹細胞内から除去される可能性が示された。実際の個体レベルでの神経発生過程でのradmis遺伝子の機能を検討するため、ユビキチン化を受けないよう改変した変異型radmis遺伝子を作製し、子宮内電気穿孔法によりマウス胎児の脳室内へ遺伝子導入を行った。その結果、radmis遺伝子を強制発現した神経幹細胞では分裂の亢進と細胞移動の異常が起きる事が明らかとなった。以上のデータからradmisが神経幹細胞の分裂制御に重要な働きを持つことが示唆された。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】神経解剖学・神経病理学

【研究領域課題番号】19700316 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 神経科学 / 発生・分化 / 遺伝学 / 遺伝子 / ショウジョウバエ / 視覚系 / メダラ神経節

【研究成果の概要】

ショウジョウバエ視覚中枢のメダラ神経節の発生過程を制御する分子機構を解析し、転写因子Drfの発現によって規定される神経細胞は約60種存在するメダラ神経細胞のうち9種の神経細胞を構成すること、高次の神経節であるロビュラの第1層および第4層特異的に投射すること、ロビュラに至る投射は幼虫期においてすでに見られることがわかった。また、神経細胞の種類と細胞体の位置には強い相関があることがわかった。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】3,780千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 480千円)

【研究分野】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】19300126 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 発生・分化 / 遺伝子 / シグナル伝達 / 生体分子

【研究成果の概要】

Rho依存的アクチン制御ならびに神経活動依存性アクチン再編成と、神経回路網のダイナミックな機能再構築との間の関係については、まだ未解明な点が多い。そこで本研究計画においては、大脳皮質細胞、および小脳プルキンエ細胞の突起形態形成においで、活動依存性Ca^<2+>流入と低分子量G蛋白・アクチンシグナル経路がどのようにクロストークするか、という点を集中的に明らかにする。
これまでの研究に引き続き、本年度に入ってから、特に以下のことを明らかにした。
1.大脳皮質細胞において、膜挿入型CaMKであるCLICK-III/CaMKIgammaのアイソフォームの形態形成能を探索したところ、細胞質局在型のCaMKIα依存的に軸索形態の変化が制御されることを明らかにした。さらにこの形態変化の上流に位置する神経細胞形態誘導因子を複数同定し、各々の下流で活性化される低分子量GTPaseを明らかにした。本成果は、Ageta-Ishihara et al.として投稿準備中である。
2.海馬錐体細胞形態形成過程においては、アクチン制御が神経活動によって発生するカルシウム流人と相加的に作用することを先に報告したが、小脳プルキンエ細胞樹状突起においては、全く逆に、活動依存的Ca^<2+>流入とアクチン重合活性化が拮抗的に働く可能性を見出した。
この段階で、平成20年度若手研究(S)が採択されたため、本研究課題を廃止することとなった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】19,370千円 (直接経費: 14,900千円、間接経費: 4,470千円)

【研究分野】分子生物学

【研究領域課題番号】19770144 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

染色体構築 / 機能 / 分配 / 遺伝学 / 遺伝子 / ゲノム / 細胞 / 発生・分化

【研究成果の概要】

減数分裂第一・第二間においては、2連続で分裂装置を形成させるために、スピンドル極体の複製が減数第一分裂の終期に起きること、さらにそれがサイクリン依存性キナーゼ(CDK)の活性に依存することを明らかにした。さらに、スピンドル極体が複製後に核内に埋め込まれる必要があるが、これもCDK活性に依存した現象であることが明らかとなった。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】3,850千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 450千円)

【研究分野】形態・構造

【研究領域課題番号】19570060 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シロイヌナズナ / ヒメツリガネゴケ / カラマツ / ANGUSTIFOLIA / EvoDevo / 植物 / 遺伝子 / 進化 / 発生・分化 / 形態形成

【研究成果の概要】

ANGUSTIFOLIA(AN)遺伝子は、シロイヌナズナにおいて葉の細胞の横幅方向への極性伸長やトライコームの分岐数の制御に関わっている。ヒメツリガネゴケの持つ4つのAN遺伝子(PpAN)についてそれぞれ遺伝子破壊実験を行ったが、単一遺伝子の機能欠損では、野生型と異なる形態変化は生じなかった。また、PpAN1-1が茎葉体の茎の部分で強く発現することを見いだした。更に、カラマツ及びゼニゴケのAN遺伝子はシロイヌナズナ中でANと同等の機能を持つことを明らかとした。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】医化学一般

【研究領域課題番号】19659065 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 発生・分化 / 遺伝子 / シグナル伝達 / 生体分子

【研究成果の概要】

細胞は試験管とは異なり、化学反応が局所的におこる。自由拡散している酵素と基質が確率的に出会うのではなく、数十nm四方の「ミクロドメイン」に濃縮された関連分子の間で効率よくシグナルが共役・伝達されている。然るに、この「マイクロドメイン」内における代謝反応論・酵素学はこれまでほとんど明らかにされていない。
本研究では、神経可塑性発現や神経回路形成に際し、膜ミクロドメインや微小突起レベルで制御される蛋白リン酸化反応が必須であることを手がかりに、単一シナプスおよびその近傍において生じるリン酸化反応を定量し、また突起制御に貢献する蛋白蛋白相互作用を可視化し、さらにウィルスベクター等を応用し、多数の酵素反応を同時定量したり、細胞種特異的定量を可能にする基盤技術の創成を試みる。このような計画に基づき、以下のような基盤技術を確立した。
1.CaMKIgamma/CLICK-IIIの膜状自己凝集化をFRETによって有意に検出することに成功した。本成果は、Takemoto-Kimura, et. al.としてNeuron誌に発表した。
2.単一シナプスを刺激して、その近傍でCa2+上昇やキナーゼ活性上昇などをリアルタイムで可視化するUV uncaging FRETシステムを完成させた(Fujii, et. al.投稿準備中)。
3.京都大学工学部森研究室との共同研究で、アクティブゾーン蛋白RIMlaと電位依存性カルシウムチャンネルのシナプス終末における共局在を定量することに成功した(Kiyonaka, et. al.Nature Neurosci. 2007)。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2007

【配分額】3,300千円 (直接経費: 3,300千円)

【研究分野】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】18650101 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 発生・分化 / 遺伝子 / シグナル伝達 / 生体分子

【研究成果の概要】

本研究を通じ、神経可塑性を担うシグナル分子が、シナプス蛋白複合体内で、あるいは単一スパインや単一シナプス近傍にて、どのように挙動するかを可視化・定量測定する新規技術を開発することを試みた.
まず樹状突起スパインに存在するCaMKIIとその類縁キナーゼについて、スパインやミクロドメイン内相互作用を検出できるFRETプローブ作成を行った。その結果、脂質ラフト近傍におけるCLICK-III/CaMKIgammaの分子間相互作用やCaMKIIとArcのスパイン内相互作用を定量的に計測することに成功した(Takemoto-Kimura et al.改訂中).また、PSD局在が報告されているにCaMK類似キナーゼがCREB転写を抑制的に制御する機構を明らかにした(Ohmae et al.,J. Biol. Chem.2006).さらに、プルキンエ細胞スパインにおけるアクチン動態の可視化を実施し、これに基づき新たな制御因子の探索を実施した(Fuse et al.準備中).
共同研究においては、我々の開発したEGFP-actinプローブを用い、東京医科歯科大学岡部繁男研究室と共同で、アクチン線維と興奮性シナプス機能分子複合体の相互作用を単一スパインレベルで解析した。(Kuriu et al. J. Neurosci.,2006).一方、シナプスでのカルシウムチャンネル局在制御について京都大学工学部森泰生研究室と共同で探索し、RIM1がカルシウムチャンネルとの相互作用により、プレシナプスへ集積する機構を明らかにした(Kiyonaka et al. Nature Neurosci. inpress).

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2006

【配分額】3,400千円 (直接経費: 3,400千円)

【研究分野】精神神経科学

【研究領域課題番号】18209037 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

児童精神医学 / 環境変動 / 遺伝子 / 脳 / 神経 / 発生 / 分化 / 脳・神経 / 発生・分化

【研究成果の概要】

自閉症を高率に合併することが知られている結節性硬化症の責任遺伝子TSC2に変異をもつEkerラットのスパインを超微形態学的に検討し、多数の融合した異常ミトコンドリアとシナプス未形成のフィロポディアを確認した。また、発達期に発現するarcadlinという蛋白質のスパイン制御機構を明らかにした。結節性硬化症では、TSC2-Rheb-mTORの異常が何らかのメカニズムを介してミトコンドリアの増殖あるいは融合を促進し、そのためにスパイン成熟の遅れをきたすものと考えられた。この点では、臨床遺伝学的研究により、神経接着因子(NRCAM)の遺伝子多型が自閉症と有意に関連することを見出しており、興味深い。オスのメス化作用が知られている環境ホルモンのラット新生仔期における低用量暴露が、成長後のオスのみに学習障害と多動をきたし、かつEstrogenα受容体(ERα)アンタゴニスト投与によって、環境ホルモンの脳への影響を未然に防ぐことができた。環境ホルモンの作用はラット胎仔海馬組織の初代培養系でも観察することができ、スパインの成熟遅延が見られた。このメカニズムにもERαの関与が証明された。
遺伝子解析では、7番および15番染色体長腕領域(7g,15g)上の候補遺伝子を中心に自閉症との関連を検討し、NRCAM以外にもTSC遺伝子やmaternal expression domain(MED)の一部との有意な関連を見出した。その他の部位ではオキシトシン受容体(OXTR)遺伝子の複数のSNPで自閉症症状との有意な関連を認めた。
神経画像研究では、自閉症の三主徴である、社会的相互性、コミュニケーション、固執・常同に対応する脳基盤をマルチモダリティ神経画像によって同定した。具体的には、自閉症患者の言語流暢性課題施行時の前頭葉賦活の低値とコミュニケーション障害の相関、固執の基盤となる空間的注意機能異常、社会性脳回路(下前頭回・上側頭溝など)の顕著な性差を見出した。これらの神経画像指標は、今後自閉症の三主徴に対応する遺伝子・分子基盤を効率的に見出す有力な中間表現型となる可能性がある。とくに、下前頭回は自閉症の認知異常との関連が推定されているミラーニューロンを担う部位であり、興味深い結果と考えている。現在男女差と関連する自閉症の分子機構として、性差のあるホルモンの代表であるオキシトシンに着目して研究を開始している。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2006 - 2008

【配分額】45,500千円 (直接経費: 35,000千円、間接経費: 10,500千円)

【研究分野】層位・古生物学

【研究領域課題番号】15104009 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

進化 / 発生・分化 / 動物 / ゲノム / 遺伝子 / バイオミネラリゼーション / 形態形成 / 軟体動物 / 貝殻形成 / 発生進化学 / 発生遺伝学 / Lymnaea

【研究成果の概要】

本計画では,(1)貝殻形成のマスター遺伝子,(2)貝殻分泌の制御因子,(3)貝殻の左右非対称性の制御因子の単離・同定と機能の解明を通して,貝殻の進化過程や進化機構を考察することを目的とした研究を行い,以下の成果を得た.
(1) 殻体形成のマスター遺伝子
転写調節因子engrailedと分泌成長因子dppのモノアラガイでの相同遺伝子の発現パターンを調べた結果engrailedは他の軟体動物と同様に貝殻腺の周縁において発現している一方で,dppはカサガイとは異なり,陥入している貝殻腺の右側で発現していることを発見した.
(2) 貝殻分泌の制御タンパク質
モノアラガイを含む有肺類8種から貝殻基質タンパク質ダーマトポンティンを同定して系統解析を行い,有肺類の中で少なくとも2回独立に遺伝子重複が起きたこと,化石記録との比較からその重複は中生代以降に起きたことを明らかにした.また,アコヤガイでは,著しくアスパラギン酸に富んだ超酸性貝殻基質タンパク質アスペインの構造を明らかにし,アスペインがカルサイトの選択的沈殿の制御因子であることを発現パターンの解析とin vitroの結晶成長実験によって示した.
(3) 巻貝の巻きの制御因子
モノアラガイの左巻き個体の外套膜の左側と右側で非対称的に発現している遺伝子をHiCEP法を用いて網羅的に探索し,合計11588個の遺伝子が外套膜で発現していること,また左右で発現量が有意に異なる遺伝子が数十に及ぶことを示した.左右で大きな変動を示す20個の遺伝子について,その構造と機能の解析を継続して行っている.

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2003 - 2007

【配分額】106,210千円 (直接経費: 81,700千円、間接経費: 24,510千円)