脊椎骨進化に関わるゲノム上の遺伝子進化の解明

阐明与椎骨进化相关的基因组基因进化

• 批准号: 13202027
• 负责人: 和田 洋
• 金额: $ 3.65万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (C)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13202027/
• 关键词: 脊椎骨; ホヤ; CBFA1; Pax1; 9; Scleraxis; Sox9; 硬節; 鰓裂

脊椎動物を特徴づける脊椎骨の発生過程は、硬節の形成、この硬節から軟骨細胞に分化、この軟骨を鋳型として骨細胞が硬骨を形成する3つの過程に分けられ、Pax-1/9が硬節、scleraxisやSox9が軟骨細胞、CBFA1が骨細胞の分化にそれぞれ必須の役割を担っている。一方、脊椎動物に近縁なホヤやナメクジウオは脊椎骨をもたず、Pax1/9が鰓裂でのみ発現している。脊椎動物Pax1/9も鰓裂で発現していることから、Pax1/9は従来鰓裂でのみ機能していたが、脊椎動物で新たに硬節での機能を獲得したと考えられる。さらに、脊椎骨細胞の分化に関わるscleraxis、Sox9やCBFA1などの遺伝子が一つの転写制御システムに取り込まれ、脊椎骨という新たな組織が進化したと考えられる。まずPax1/9の硬節での発現の進化を新しいエンハンサーのゲノム上での分子進化と結びつけることを試みた。その結果、ホヤの鰓列での発現に必要なシスエレメントはPax1/9遺伝子の第一イントロンの中に存在することがわかった。これまでにそのエレメントを約500bpにマップしている。また、ナメクジウオのPax1/9の第一イントロンにも同様の活性があるかについて、イントロンをナメクジウオのものと置き換えて実験したが、活性を検出できなかった。ナメクジウオの鰓裂での発現に関わるエレメントは第一イントロン以外の領域にあるか、ナメクジウオのシスがホヤのトランス因子と相互作用できなかった可能性が考えられる。また、scleraxis、Sox9やCBFA1について、ホヤから相同遺伝子を単離した。現在、発現を解析中である。

脊椎动物的椎骨发育过程可分为三个过程：骨节的形成、这些骨节分化为软骨细胞以及骨细胞以该软骨为模板形成僵硬的骨骼。软骨细胞的分化，CBFA1在骨细胞的分化中起着至关重要的作用。另一方面，与脊椎动物关系密切的海鞘和文昌鱼没有椎骨，Pax1/9仅在鳃裂中表达。由于脊椎动物 Pax1/9 也在鳃缝中表达，因此 Pax1/9 以前仅在鳃缝中发挥作用，但据认为，在脊椎动物中，它们最近获得了在骨节中的功能。此外，人们认为参与椎骨细胞分化的基因，如 scleraxis、Sox9 和 CBFA1，被整合到单一转录控制系统中，导致称为椎骨的新组织的进化。首先，我们尝试将骨节中 Pax1/9 表达的进化与基因组上新增强子的分子进化联系起来。结果，我们发现海鞘鳃行表达所需的顺式元件存在于Pax1/9基因的第一个内含子中。到目前为止，他们已经将该元素映射到大约 500 bp。我们还通过将文昌鱼 Pax1/9 的第一个内含子替换为文昌鱼的内含子来测试文昌鱼 Pax1/9 的第一个内含子是否具有类似的活性，但没有检测到任何活性。文昌鱼鳃缝中参与表达的元件可能位于第一个内含子以外的区域，或者文昌鱼顺式因子不能与海鞘反式因子相互作用。我们还从海鞘中分离出了硬化症、Sox9 和 CBFA1 的同源基因。目前正在分析表达。