Research projects

本研究は、ヒトデの変態をモデルとし、外界の環境刺激が、神経系再構築を伴う複雑な内的発生プログラムをどのように駆動するかという根源的な問いに挑むものである。本研究では、バイオフィルムによって活性化された自然免疫シグナルが、アミロイド前駆体タンパク質APPによって普遍的な発生シグナルに変換され、エピジェネティック因子との連携によって神経系の再構築や幼生組織の排除に至るという、多層的なシグナル伝達ネットワークの全体像を明らかにする。本研究を通して、環境と発生、免疫と神経発生のクロストークという普遍的原理に新たな洞察をもたらし、世界の研究を牽引する知見を提供する。

本計画研究では、顧みられない熱帯病の制圧に貢献するために、寄生性扁形動物である吸虫の哺乳類体内の発育を模倣した試験管内（in vitro）培養系を確立する。これは極めて挑戦的な達成目標であるが、A02プラナリア班との有機的な連携により目標の実現を見通せている。具体的には、吸虫の一種である肝蛭（かんてつ）をモデルにin vitro 条件下で ① 虫体面積の発育限界の突破と ② 生殖器の発育再現を実現する。並行して、③ 複数の吸虫種を用いて培養系の普遍性を証明する。

変態現象にバクテリアが関与する動物種は多く、バクテリア刺激をキューとした変態制御の分子基盤を明らかにすることは、生態系の理解や生態発生学の発展に有用な知見となる。イトマキヒトデは、浮遊生活を送る幼生期から底生生活を送る成体に変態する際、固着基質表面に存在するバイオフィルムを必要とする。最近、この変態の開始にはバクテリア刺激によるレチノイン酸経路の活性化が必要であることが示唆された。そこで本研究では、イトマキヒトデの変態過程を網羅したトランスクリプトームデータを用いて、バクテリア刺激の直下で発現上昇する遺伝子群から、レチノイン酸経路を活性化する変態誘導シグナルを同定する。

本研究の目的は、棘皮動物ヒトデ幼生の消化システムと神経システムに焦点を当てながら、成長に寄与する消化・吸収ならびに栄養素の伝搬・受容を理解することにある。本年度もコロナ禍による研究制限の状態が続いたが、複数の重要な研究データを得ることができた。その一部を用いて、学会発表を行った。 消化システムと神経システムの解明ポイントとなる幼生サイズの増加に着目した結果、胚期の時間依存的な発生様式と異なり、幼生サイズに依存した成長が進行して変態可能なステージに移行することを明らかにできた。この過程で摂餌は必要であり、（１）餌がない状態では変態可能になる前段階で形態形成が停止すること、（２）摂餌には感覚神経細胞が重要な働きをしていることも判明した。 一方、幼生成長の基盤をなす上皮細胞数の確保において、上皮細胞増殖の主因となる間充織細胞の膜型アスタチン属メタロプロテアーゼ（MC５分子）は、TGFbの潜在型から活性型への変換だけでなく、上皮細胞の生存自体をも担保している可能性を見出した。このとき、上皮細胞の生存に対するデフォルトの表現型は、細胞断片化によるアポトーシス細胞死である証拠も得られた。最終年では、既得したデータ解析や論文の補助的データ取得を含みつつ、研究の完成を目指す。 コロナウイルスの感染変動に祟られるように、計画していた複数の実験計画の遂行を諦めざるを得なかった。一方、この様な状況の中、基本に立ち戻るべく行った新たな実験から、本研究の目的である幼生成長の理解を導く複数の有意義なデータが得られた（それらの一部をまとめて学会発表にまで至っている：以下の（１））。また、昨年来進めてきた研究においても、論文完成へ向けて新たなデータの取得ができた（以下の（２））。 （１）受精後の初期胚から得た分離割球の胚期と幼生期における成長特性 時間依存的に進行する胚期の発生と異なり、摂餌を行うビピンナリア幼生期以降はサイズ依存的な成長段階のシフトが生じることが判明した。投餌必要性の検討により、ビピンナリア幼生期の前半は母性栄養で成長が可能であるのに対し、後半以降は餌が必須条件になることが示唆された。温度感受性の感覚神経細胞が発現しているTRPAチャネル機能をモルフォリノで抑制したところ、胚期の発生には何ら影響はなかったが、ビピンナリア幼生の摂餌量は減少し、成長速度が遅延した。 （２）アスタチン族メタロプロアーゼMC5分子によるアポトーシス細胞死の回避 最近、間充織細胞のMC5分子はTGFbを活性化させて上皮増殖を誘起することを証明できた。　これに加え、MC5分子は上皮細胞の生存にも関与している可能性も見出した。モルフォリノオリゴ(MO)でMC5分子の発現を抑制させたサンプルでは、アポトーシス細胞死が生じている現場として上皮細胞の断片化が、電子顕微鏡下で検出され、上記の可能性が支持された（TGFbが上皮細胞の生存に関与してないことは、TGFb-MOサンプルで確認した）。また、ペプチド性のアポトーシス阻害剤とMC5-MOの同時注射により、MC5-MOサンプルに特徴的な著しい細胞数の減少が緩和されるという強力な補助データも得られた。 コロナ禍の完全な収束が早々には認められないこと、ならびに現在までの進捗状況を鑑みて、先ずは前項7に記載した内容に焦点を絞り、取得してきた実験データの解析を鋭意に進め、本年度中に複数の論文として完成させることを優先する。論文作成でのレフェリーとのやり取りにおいて割愛せざるを得ないデータが出た場合、また本研究を計画するにあたり貯めおいていたデータ（クラスリン分子による胃における消化）なども対象に、紀要などの予備研究報告書も考慮にいれ、可能な限り実験データを塩漬けにしないことに留意する。 一方、投稿論文の採択を目指すにあたり、レフェリーとのやり取りの中で要求される可能性がある補助実験を先に進める。具体的には、前項7の後半部に記述したMC5分子のアポトーシス回避機能において、そのメカニズムとして作動していることが推測される細胞外マトリックス成分であるコラーゲンタイプIVのMC5-MOサンプルにおける存在状態、MC5分子の発現局所性、MC5-MOの濃度依存的影響の解析となる。

Mesenchyme cells, the immune cells of the starfish larvae, regulate the immune response by "missing-species" recognition, in which they specifically recognize that the cells are of the same species and consider those they cannot recognize as foreign. This study was designed to search for species-specific molecules that control this recognition mechanism. However, in the process of examining the experimental conditions, doubts arose about the preliminary data, and it became necessary to reconsider the hypothesis of this study itself. On the other hand, through the process of trial and error of other approaches, it became clear that the adult-type immune system of the starfish matures during the juvenile stage after metamorphosis and acquires the ability to consider allogeneic individuals as non-self. This finding is very important for the ontogeny of the immune system.

Macrophage migration inhibitory factor (MIF) is thought to be one of the most primitive cytokines in phylogenetic evolution. In this study, to understand the regulatory system of inflammation by MIF in starfish larvae, we searched the receptor(s) of two types of MIF (ApMIF1 and ApMIF2) and the downstream signaling pathway(s) from the immune cells. RNA-seq analysis in the larval immune cells treated with two recombinant MIFs suggested that MAPK and PI3K/Akt signaling pathways exist downstream of MIFs. Furthermore, two types of G protein-coupled receptors and two types of receptor tyrosine kinases were obtained as receptor candidates. These results provide useful insights for understanding the evolutionary conservation and diversity of regulatory system of MIF-mediated inflammation.