Physiological significance of ultradian oscillatory gene expression

超电振荡基因表达的生理意义

基本信息

批准号：
21H04976
负责人：
影山龍一郎
金额：
$ 381.56万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Specially Promoted Research
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-05-18 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

神経幹細胞でHes1の発現が振動すると活性化状態に、高レベルで持続すると静止状態になる。そこで、Hes1の発現が振動する神経幹細胞、およびHes1の発現が高レベルで持続する神経幹細胞からRNAを回収し、異なる発現を示す細胞周期制御遺伝子を網羅的に探索した。その結果、サイクリン依存性キナーゼ阻害因子p21を同定した。Hes1の発現が振動するとp21の発現が抑制されて神経幹細胞の増殖が活性化されるのに対して、Hes1の発現が高レベルで持続するとp21の発現が増加して神経幹細胞の増殖が抑制されることが分かった。前者の場合は、Hes1がp21プロモーターに直接結合することでp21の発現を抑制した。後者の場合は、初めHes1はp21の発現を抑制したが、10時間後あたりからDusp7の発現を抑制してリン酸化Erkを増やすことでp21の発現を増加させた。したがって、Hes1は振動か持続かという発現動態を変えることによってp21の発現を抑制あるいは増加し、神経幹細胞の増殖を活性化あるいは抑制化することが明らかになった。次に、神経幹細胞に光遺伝学的Hes1発現誘導システムを導入し、Hes1の発現を２.5時間周期で同期振動させて経時的にRNAを回収しトランスクリプトーム解析を行った結果、Hes1と同期振動する417遺伝子を同定した。この中に、多くの細胞周期制御遺伝子が含まれていたので、今後、これらの遺伝子とHes1の発現振動との関係を明らかにする予定である。神経幹細胞ではHes1の発現振動によってプロニューラル遺伝子Neurog2の発現が振動する。その下流因子を解析したところ、徐々に蓄積してHes1の発現を抑制した。したがって、Hes1及びNeurog2のパルス数は非対称分裂開始のタイマーの役割を担うことが示唆された。

神经干细胞中 Hes1 表达的波动导致激活状态，持续高水平导致静止状态。因此，我们从Hes1表达波动和Hes1表达持续高水平的神经干细胞中收集RNA，并全面寻找表现出差异表达的细胞周期控制基因。结果，我们鉴定出了细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂 p21。振荡的 Hes1 表达抑制 p21 表达并激活神经干细胞增殖，而持续的高 Hes1 表达则增加 p21 表达并抑制神经干细胞增殖。在前一种情况下，Hes1 通过直接结合 p21 启动子来抑制 p21 表达。在后一种情况下，Hes1最初抑制p21表达，但大约10小时后，它抑制Dusp7表达并增加磷酸化Erk，从而增加p21表达。因此，揭示Hes1通过改变表达动态（振荡或持续）来抑制或增加p21表达，并激活或抑制神经干细胞的增殖。接下来，我们将光遗传学Hes1表达诱导系统引入神经干细胞中，以2.5小时为周期同步振荡Hes1表达，随时间收集RNA，并进行转录组分析，我们鉴定了417个同步振荡的基因。由于这包括许多细胞周期控制基因，我们计划在未来阐明这些基因与 Hes1 表达振荡之间的关系。在神经干细胞中，原神经基因 Neurog2 的表达随着 Hes1 表达的波动而波动。对其下游因素的分析表明，它逐渐积累并抑制Hes1的表达。因此，有人认为Hes1和Neurog2的脉冲数起到了启动不对称分裂的计时器的作用。