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ホヤ胚において動植軸を安定させる転写因子Foxdの働き

德廣, 真一 京都大学 DOI:10.14989/doctor.k23404

2021.07.26

概要

多くの動物胚では、胚性ゲノムの転写が始まった直後に、動植軸に沿った特異的な遺伝子発現パターンが確立される。被嚢動物のカタユウレイボヤの胚では、8細胞期に動物半球と植物半球が別々の割球に分かれ、その直後に、母性因子のGata.a とβ-catenin が動物割球および植物割球特異的な遺伝子をそれぞれ活性化する。このようにして確立された動植半球で異なる遺伝子発現パターンに基づいて、遺伝子調節ネットワークが働いて、動物細胞が外胚葉組織に、植物細胞が主として内中胚葉組織に分化する。

このように母性因子による初期の動植軸の確立は重要であるが、一方、動物半球特異的な遺伝子Dmrt.a は転写因子をコードするFoxd の機能阻害をおこなうと初期原腸胚期に植物半球で異所的に発現することが知られている。このことは、母性因子によって確立された動植半球の最初の違いだけでは、その後の動植半球の違いを維持するのに十分ではない可能性を示している。本研究では、転写因子Foxd が標的遺伝子を調節して動植軸に沿った初期のパターニングを安定させること、この安定化はFoxd がアクチベーターとしてもリプレッサーとしても働くことができるという能力に依存していること、アクチベーターとリプレッサーの間の切り替えが標的のシス調節領域に依存しておこなわれることを明らかにした。

最初の解析では、RNA-sequencing 法などを用いて、Foxd が植物半球特異的な遺伝子を活性化するのに加えて、動物半球特異的な遺伝子を抑制していることをみつけた。先述のDmrt.a に加え、Otxなど動物半球で発現することが知られている遺伝子の多くが、植物半球でFoxd によって抑制されていた。レポーター解析、電気泳動移動度シフト解析、クロマチン免疫沈降解析により、これらの動物半球で発現する遺伝子がFoxd により直接抑制されていることを示した。同様の解析により、植物半球で発現するLhx3/4 などの遺伝子の発現がFoxd によって直接活性化されていることも示した。

次に、Foxd がおなじ細胞の中で標的によってアクチベーターとして機能したりリプレッサーとして機能したりする理由を明らかにするために、Foxd により活性化されるLhx3/4の上流のFoxd 結合部位と、Foxd により抑制されるDmrt.a 上流のFoxd 結合部位を比較した。in vitro でのFoxd に対する結合実験では、活性化型部位が低い親和性を示し、抑制型部位は高い親和性を示した。レポーター解析によって、活性化型と抑制型の結合部位間のこのような定性的な違いがFoxd の機能の切り替えに十分であることを確認した。クロマチン免疫沈降解析は、Foxd がDmrt.a やLhx3/4 などの標的遺伝子の上流領域に結合し、in vitroで観察された結合部位の親和性がFoxd のin vivo での占有の程度に関連していることを示した。

本研究の結果は、Foxd は植物極側の細胞において、外胚葉遺伝子を抑制する一方、内中胚葉遺伝子を活性化し、それによって植物細胞を内中胚葉の運命に導くことを示している。このようなFoxd の機能の使い分けは、標的遺伝子のFoxd 結合部位に依存しており、それはin vitro での結合実験で識別でき、親和性の高い部位を持つ標的遺伝子は抑制され、低い部位を持つ標的遺伝子は活性化される。Fox ドメインはFox ファミリーの主要なDNA 結合ドメインだが、低親和性および高親和性の結合部位への結合には異なるドメインが必要であるかもしれない。その場合、結合の際のコンフォメーションの違いによって、Foxd の機能の違いが生じている可能性がある。多くの後生動物はβ-カテニンを使用して内中胚葉を特殊化する。β-カテニンに依存したメカニズムは、少なくとも一部の動物の外胚葉運命を抑制することが知られており、ホヤのFoxd の発現はβ-カテニンによって活性化されるので、Foxd による動植軸安定化の機構も同様に保存されている可能性がある。

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参考文献

Anno C, Satou A, Fujiwara S. Transcriptional regulation of ZicL in the Ciona intestinalis embryo. Dev Genes Evol. 2006; 216: 597-605.

Badis G, Berger MF, Philippakis AA, Talukder S, Gehrke AR, Jaeger SA, Chan ET, Metzler G, Vedenko A, Chen XY, Kuznetsov H, Wang CF, Coburn D, Newburger DE, Morris Q, Hughes TR, Bulyk ML. Diversity and Complexity in DNA Recognition by Transcription Factors. Science. 2009; 324: 1720-1723.

Behrens J, vonKries JP, Kuhl M, Bruhn L, Wedlich D, Grosschedl R, Birchmeier W. Functional interaction of beta-catenin with the transcription factor LEF-1. Nature. 1996; 382: 638-642.

Bellipanni G, Varga MT, Maegawa S, Imai Y, Kelly C, Myers AP, Chu F, Talbot WS, Weinberg ES. Essential and opposing roles of zebrafish beta-catenins in the formation of dorsal axial structures and neurectoderm. Development. 2006; 133: 1299–1309.

Bertrand V, Hudson C, Caillol D, Popovici C, Lemaire P. Neural tissue in ascidian embryos is induced by FGF9/16/20, acting via a combination of maternal GATA and Ets transcription factors. Cell. 2003; 115: 615-627.

Cavallo RA, Cox RT, Moline MM, Roose J, Polevoy GA, Clevers H, Peifer M, Bejsovec A.Drosophila Tcf and Groucho interact to repress Wingless signalling activity. Nature. 1998; 395: 604-608.

Davidson EH. Emerging properties of animal gene regulatory networks. Nature. 2010; 468(7326): 911-920.

Dehal P, Satou Y, Cambell RK, Chapman J, Degnan B, Tomaso AD, Davidson B, Gregorio AD, Gelpke M, Goodstein DM, Harafuji N, Hastings KEM, Ho I, Hotta K, Huang W, Kawashima T, Lemaire P, Martinez D, Meinertzhagen IA, Necula S et al. The draft genome of Ciona intestinalis: Insights into chordate and vertebrate origins. Science.2002; 298; 2157-2167.

Essien K, Vigneau S, Apreleva S, Singh LN, Bartolomei MS, Hannenhalli S. CTCF binding site classes exhibit distinct evolutionary, genomic, epigenomic and transcriptomic features. Genome Biol. 2009; 10: R131.

Franco-Zorrilla JM, Lopez-Vidriero I, Carrasco JL, Godoy M, Vera P, Solano R. DNA binding specificities of plant transcription factors and their potential to define target genes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2014; 111: 2367-2372.

Funayama N, Fagotto F, Mccrea P, Gumbiner BM. Embryonic Axis induction by the Armadillo repeat domain of β-catenin: evidence for intracellular signaling. J. Cell Biol. 1995; 128: 959–968.

Guger KA, Gumbiner BM. Beta-catenin has Wnt-like activity and mimics the Nieuwkoop signaling center in Xenopus dorsal-ventral patterning. Dev. Biol. 1995; 172: 115–125.

Heasman J, Crawford A, Goldstone K, Garnerhamrick P, Gumbiner B, Mccrea P, Kintner C, Noro CY, Wylie C. Overexpression of cadherins and underexpression of beta-catenin inhibit dorsal mesoderm induction in early Xenopus embryos. Cell. 1994; 79: 791–803.

Heinz S, Benner C, Spann N, Bertolino E, Lin YC, Laslo P, Cheng JX, Murre C, Singh H, Glass CK. Simple combinations of lineage-determining transcription factors prime cis- regulatory elements required for macrophage and B cell identities. Mol Cell. 2010; 38: 576-589.

Hertz GZ, Stormo GD. Identifying DNA and protein patterns with statistically significant alignments of multiple sequences. Bioinformatics. 1999; 15: 563-577.

Hudson C, Lemaire P. Induction of anterior neural fates in the ascidian Ciona intestinalis.Mech Dev. 2001; 100: 189-203.

Hudson C, Sirour C, Yasuo H. Co-expression of Foxa.a, Foxd and Fgf9/16/20 defines a transient mesendoderm regulatory state in ascidian embryos. Elife. 2016; 5.

Ikeda T, Matsuoka T, Satou Y. A time delay gene circuit is required for palp formation in the ascidian embryo. Development. 2013; 140 :4703-4708.

Ikeda T, Satou Y. Differential temporal control of Foxa.a and Zic-r.b specifies brain versus notochord fate in the ascidian embryo. Development. 2017; 144: 38-43.

Imai K, Takada N, Satoh N, Satou Y. β-catenin mediates the specification of endoderm cells in ascidian embryos. Development. 2000; 127: 3009-3020.

Imai KS, Satoh N, Satou Y. Early embryonic expression of FGF4/6/9 gene and its role in the induction of mesenchyme and notochord in Ciona savignyi embryos. Development.2002a; 129: 1729-1738.

Imai KS, Satoh N, Satou Y. An essential role of a FoxD gene in notochord induction in Ciona embryos. Development. 2002b; 129: 3441-3453.

Imai KS, Satou Y, Satoh N. Multiple functions of a Zic-like gene in the differentiation of notochord, central nervous system and muscle in Ciona savignyi embryos. Development. 2002c; 129: 2723-2732.

Imai KS, Hino K, Yagi K, Satoh N, Satou Y. Gene expression profiles of transcription factors and signaling molecules in the ascidian embryo: towards a comprehensive understanding of gene networks. Development. 2004; 131: 4047-4058.

Imai KS, Levine M, Satoh N, Satou Y. Regulatory blueprint for a chordate embryo. Science.2006; 312: 1183-1187.

Imai KS, Hikawa H, Kobayashi K, Satou Y. Tfap2 and Sox1/2/3 cooperatively specify ectodermal fates in ascidian embryos. Development. 2017; 144: 33-37.

Jimenez G, Paroush Z, Ish-Horowicz. Groucho acts as a corepressor for a subset of negative regulators, including Hairy and Engrailed. Genes and Dev. 1997; 11: 3072-3082.

Jolma A, Yan J, Whitington T, Toivonen J, Nitta KR, Rastas P, et al. DNA-Binding Specificities of Human Transcription Factors. Cell. 2013; 152: 327339.

Kelly GM, Erezyilmaz DF, Moon RT. Induction of a secondary embryonic Axis in zebrafish occurs following the overexpression of beta-catenin. Mech. Dev. 1995; 53: 261–273.

Klein SL, Neilson KM, Orban J, Yaklichkin S, Hoffbauer J, Mood K, Daar IO, Moody SA. Conserved structural domains in FoxD4L1, a neural forkhead box transcription factor, are required to repress or activate target genes. PLoS One. 2013; 8: e61845.

Kubo A, Suzuki N, Yuan X, Nakai K, Satoh N, Imai KS, et al. Genomic cis-regulatory networks in the early Ciona intestinalis embryo. Development. 2010; 137: 1613-1623.

Lamy C, Rothbacher U, Caillol D, Lemaire P. Ci-FoxA-a is the earliest zygotic determinant of the ascidian anterior ectoderm and directly activates Ci-sFRP1/5. Development. 2006; 133: 2835-2844.

Logan CY, Miller JR, Ferkowicz MJ, McClay DR. Nuclear β-catenin is required to specify vegetal cell fates in the sea urchin embryo. Development. 1999; 126: 345–357.

Meijsing SH, Pufall MA, So AY, Bates DL, Chen L, Yamamoto KR. DNA Binding Site Sequence Directs Glucocorticoid Receptor Structure and Activity. Science. 2009; 324: 407-410.

Molenaar M, vandeWetering M, Oosterwegel M, PetersonMaduro J, Godsave S, Korinek V Roose J, Destree O, Clevers H. XTcf-3 transcription factor mediates beta-catenin- induced axis formation in Xenopus embryos. Cell. 1996; 86: 391-399.

Neilson KM, Klein SL, Mhaske P, Mood K, Daar IO, Moody SA. Specific domains of FoxD4/5 activate and repress neural transcription factor genes to control the progression of immature neural ectoderm to differentiating neural plate. Dev Biol. 2012; 365: 363- 375.

Nishida H. Cell Lineage Analysis in Ascidian Embryos by Intracellular Injection of a Tracer Enzyme: III. Up to the tissue restricted stage. Dev Biol. 1987; 121: 526-541.

Notredame C, Higgins DG, Heringa J. T-Coffee: A novel method for fast and accurate multiple sequence alignment. J Mol Biol. 2000; 302: 205-217.

Oda-Ishii I, Bertrand V, Matsuo I, Lemaire P, Saiga H. Making very similar embryos with divergent genomes: conservation of regulatory mechanisms of Otx between the ascidians Halocynthia roretzi and Ciona intestinalis. Development. 2005; 132(7): 1663-1674.

Oda-Ishii I, Kubo A, Kari W, Suzuki N, Rothbacher U, Satou Y. A Maternal System Initiating the Zygotic Developmental Program through Combinatorial Repression in the Ascidian Embryo. PLoS genetics. 2016; 12: e1006045.

Oda-Ishii I, Abe T, Satou Y. Dynamics of two key maternal factors that initiate zygotic regulatory programs in ascidian embryos. Dev Biol. 2018; 437: 50-59.

Ohta N, Satou Y. Multiple signaling pathways coordinate to induce a threshold response in a chordate embryo. PLoS genetics. 2013; 9: e1003818.

Range R. Specification and positioning of the anterior neuroectoderm in deuterostome embryos. Genesis. 2014; 52: 222–234.

Roose J, Molenaar M, Peterson J, Hurenkamp J, Brantjes H, Moerer P, van de Wetering M, Destree O, Clevers H. The Xenopus Wnt effector XTcf-3 interacts with Groucho-related transcriptional repressors. Nature. 1998; 395: 608-612.

Rothbächer U, Bertrand V, Lamy C, Lemaire P. A combinatorial code of maternal GATA, Ets and β-catenin-TCF transcription factors specifies and patterns the early ascidian ectoderm. Development. 2007; 134: 4023-4032.

Sandelin A, Alkema W, Engstrom P, Wasserman WW, Lenhard B. JASPAR: an open-access database for eukaryotic transcription factor binding profiles. Nucleic Acids Res. 2004; 32: D91-94.

Satou Y, Imai KS, Satoh N. Early embryonic expression of a LIM-homeobox gene Cs-lhx3 is downstream of β-catenin and responsible for the endoderm differentiation in Ciona savignyi embryos. Development. 2001; 128: 3559-3570.

Satou Y, Kawashima T, Shoguchi E, Nakayama A, Satoh N. An integrated database of the ascidian, Ciona intestinalis: Towards functional genomics. Zool Sci. 2005; 22: 837-843.

Satou Y, Mieta K, Ogasawara M, Sasakura Y, Shoguchi E, Ueno K, Yamada L, Matsumoto J, Wasserscheid J, Dewar K, Wiley GB, Macmil SL, Roe BA, Zeller RW, Hastings KEM, Lemaire P, Lindquist E, Endo T, Hotta K, Inaba K. Improved genome assembly and evidence-based global gene model set for the chordate Ciona intestinalis: new insight into intron and operon populations. Genome Biology. 2008; 9:R152

Satou Y, Nakamura R, Yu D, Yoshida R, Hamada M, Fujie M, Hisata K, Takeda H, Satoh N. A Nearly Complete Genome of Ciona intestinalis Type A (C. robusta) Reveals the Contribution of Inversion to Chromosomal Evolution in the Genus Ciona. Genome Biology and Evolution. 2019; 11: 3144-3157.

Schneider S, Steinbeisser H, Warga RM, Hausen P. β-catenin translocation into nuclei demarcates the dorsalizing centers in frog and fish embryos. Mech. Dev. 1996; 57: 191- 198.

Schneider TD, Stephens RM. Sequence Logos: New Way to Display Consensus Sequences.Nucleic Acids Research. 1990; 18: 6097-6100.

Shimauchi Y, Chiba S, Satoh N. Synergistic action of HNF-3 and Brachyury in the notochord differentiation of ascidian embryos. Int J Dev Biol. 2001; 45: 643-652.

Surjit M, Ganti KP, Mukherji A, Ye T, Hua G, Metzger D, Li M, Chambon P. Widespread Negative Response Elements Mediate Direct Repression by Agonist-Liganded Glucocorticoid Receptor. Cell. 2011; 145: 224-241.

Tarazona S, Garcia-Alcalde F, Dopazo J, Ferrer A, Conesa A. Differential expression in RNA-seq: A matter of depth. Genome Res. 2011; 21: 2213-2223.

Tresser J, Chiba S, Veeman M, El-Nachef D, Newman-Smith E, Horie T, et al. doublesex/mab3 related-1 (dmrt1) is essential for development of anterior neural plate derivatives in Ciona. Development. 2010; 137: 2197-2203.

Vincentelli R, Cimino A, Geerlof A, Kubo A, Satou Y, Cambillau C. High-throughput protein expression screening and purification in Escherichia coli. Methods. 2011; 55: 65- 72.

Wagner E, Levine M. FGF signaling establishes the anterior border of the Ciona neural tube. Development. 2012; 139: 2351-2359.

Wikramanayake AH, Huang L, Klein WH. beta-Catenin is essential for patterning the maternally specified animal-vegetal axis in the sea urchin embryo. Proc. Natl. Acad. Sci.U. S. A. 1998; 95: 9343–9348.

Yaguchi S, Yaguchi J, Angerer RC, Angerer LM. A Wnt-FoxQ 2-nodal pathway links primary and secondary axis specification in sea urchin embryos. Dev. Cell. 2008; 14: 97– 107.

Yasuo H, Satoh N. Function of vertebrate T gene. Nature. 1993; 364: 582-583.

Zhang Y, Liu T, Meyer CA, Eeckhoute J, Johnson DS, Bernstein BE, et al. Model-based Analysis of ChIP-Seq (MACS). Genome Biology. 2008; 9.

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