脊椎動物の中枢神経系の前後軸形成を制御するWnt経路の標的遺伝子の探索と解析

控制脊椎动物中枢神经系统前后轴形成的Wnt通路靶基因的搜寻与分析

基本信息

批准号：
06J11593
负责人：
團野宏樹
金额：
$ 1.79万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度までのモデル生物を用いた研究から,2つの転写因子Otx2及びSox2が協調的に作用し,Rax遺伝子の発現を正に制御するという機構が明らかになった。Otx2,Sox2及びRaxは全て,人間の重篤な眼の形成不全である無眼球症の原因遺伝子であり,これらのタンパク質とそれらが収斂するシス制御配列が高度に保存されていることから,本研究で明らかとなった転写制御プログラムは,ヒトの無眼球症の原因となっている可能性が考えられる。転写プログラムを上流で制御するOtx2及びSox2タンパク質は眼だけでなく,脳の原基においても共に発現している。また,これらの遺伝子における変異はヒトの脳の機能へ影響することから,同定した転写プログラムは眼だけでなく,脳の発生をも支配している可能性が考えられた。そこで,哺乳類の脳神経発生系をin vitroで構築し,転写プログラムの包括的な解析を行った。具体的には,マウスの胚性幹細胞を高効率に神経へと分化させたのちに,薬剤誘導を用いてOtx2とSox2の共発現状態を実現した。そして,遺伝子発現の変化をマウス全ゲノムマイクロアレイによって包括的に測定し,統計的に解析した。経験ベイズモデルを用いた解析の結果,数多くの遺伝子の発現がOtx2-Sox2に制御されていることが見出され,さらにこれら変動遺伝子は有意に脳に関する遺伝子オントロジーを有していた。以上のように,同定した転写プログラムを哺乳類in vitro分化系と包括的解析により拡張することに成功したと言える。本研究から,中枢神経系の発生を制御するWntシグナル伝達系の標的遺伝子同士が密接に関係しあっていること,またその関係が種を超えて保存されていることが明らかになり,細胞外からの情報入力と細胞内での情報調節による神経発生支配が見出された。

直到去年为止，利用模型生物进行的研究揭示了一种机制，其中两个转录因子 Otx2 和 Sox2 协同作用，积极控制 Rax 基因的表达。 Otx2、Sox2和Rax都是无眼症（人类严重的眼睛发育不全）的致病基因，并且这些蛋白质及其趋同的顺式调控序列高度保守，使得这项研究可能是本研究揭示的转录控制程序。人类无眼症的原因。控制上游转录程序的 Otx2 和 Sox2 蛋白不仅在眼睛中表达，也在大脑原基中表达。此外，由于这些基因的突变会影响人类大脑的功能，因此所识别的转录程序可能不仅控制眼睛的发育，还控制大脑的发育。因此，我们在体外构建了哺乳动物脑神经发生系统，并对转录程序进行了全面分析。具体来说，在小鼠胚胎干细胞高效分化为神经元后，我们通过药物诱导实现了Otx2和Sox2的共表达。然后，利用小鼠全基因组微阵列全面测量基因表达的变化并进行统计分析。使用经验贝叶斯模型分析的结果发现，许多基因的表达受到Otx2-Sox2的调节，并且这些可变基因具有与大脑相关的显着基因本体。如上所述，可以说，我们通过哺乳动物体外分化系统和综合分析，成功地扩展了已鉴定的转录程序。这项研究揭示了控制中枢神经系统发育的Wnt信号系统的靶基因彼此密切相关，并且这种关系在物种间是保守的。发现神经发生是由来自中枢神经系统的信息输入控制的。细胞和细胞内的信息调节。