Verification of the subfunctionalization hypothesis in paralogous genes by engrafting cis-regulatory elements

通过植入顺式调控元件验证旁系同源基因的亚功能化假说

• 批准号: 21H02543
• 负责人: 隅山 健太
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Nagoya University (2022-2023)Institute of Physical and Chemical Research (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H02543/
• 关键词: エンハンサー; 進化; Dlx遺伝子; パラログ遺伝子; 発現制御進化; ゲノム編集; 発生進化; cis-element; Dlx遺伝子群; subfunctionalization; evolution; cis-regulatory elements; distal enhancer; genome-editing

2022年度はDlx3-4遺伝子クラスターおよびDlx5-6遺伝子クラスターの構造の類似性に注目し、CTCFによる長距離ゲノム領域間でのループ形成などによって物理的にプロモーターと近くなる領域のクラスター間での構造的類似性および鰓弓でのエンハンサー活性の強さから、Dlx3-4遺伝子クラスターではTAD3鰓弓エンハンサー、Dlx5-6遺伝子クラスターでは新規の鰓弓のエンハンサーをそれぞれターゲットとして選定し、エンハンサーノックアウトマウスをCRISPR/Cas9で作製し系統化した。このマウスを用いて、正確にエンハンサー欠失の発現量変化を定量できるAccu-cis法を用いてRNA-seq結果から鰓弓発現に及ぼすその影響を評価した。Dlx56鰓弓エンハンサー欠失マウスでは下顎が上顎化する顕著な表現型が観察された。このマウスの表現型をパラログ活性化でレスキューすることが可能かどうかを確認するため、Dlx56鰓弓エンハンサーをDlx3-4遺伝子クラスターにノックインしたマウスを作成し、交配によりその解析を進めているところである。また、Dlx3-4遺伝子の鋤鼻器エンハンサーをクラスターとして欠失することで効率よく鋤鼻器組織特異的なノックダウンを実現できることが示され、新たな条件付きノックアウトマウス作成の方法論へとつながる成果となった。特に、通常ノックアウトで致死的な表現型を示す遺伝子の場合に、この方法により致死性を回避しつつ特定器官での遺伝子機能解析が可能になる新たな実験系として期待し検証を進めている。

2022 annual は Dlx3-4 legacy 伝 son ク ラ ス タ ー お よ び Dlx5-6 heritage 伝 son ク ラ ス タ ー の の structure similarity に attention し, CTCF に よ る long-distance ゲ ノ ム areas between で の ル ー プ form な ど に よ っ て physical に プ ロ モ ー タ ー と nearly く な る field の ク ラ ス タ ー between で の structural similarity of お よ び branchial arch で の エ ン Strong ハ ン サ ー active の さ か ら, Dlx3-4 but 伝 ク ラ ス タ ー で は TAD3 branchial arch エ ン ハ ン サ ー, Dlx5-6 but 伝 ク ラ ス タ ー で は new rules の branchial arch の エ ン ハ ン サ ー を そ れ ぞ れ タ ー ゲ ッ ト と し て し, selected エ ン ハ ン サ ー ノ ッ ク ア ウ ト マ ウ ス を CRISPR/Cas9 で system し systematization Youdaoplaceholder0 た. こ の マ ウ ス を with い て, correct に エ ン ハ ン サ ー owe の loss amount 発 now - the quantitative で を き を る Accu - cis method with い て RNA - seq results か ら branchial arch 発 に and now ぼ す そ の を appraisal of 価 し た. Dlx56 branchial arch エ ン ハ ン サ ー owe lost マ ウ ス で は jaw が palate is changed す る 顕 the な phenotype が 観 examine さ れ た. こ の マ ウ ス の phenotype を パ ラ ロ グ activeness で レ ス キ ュ ー す る こ と が may か ど う か を confirm す る た め, Dlx56 branchial arch エ ン ハ ン サ ー を Dlx3-4 legacy 伝 son ク ラ ス タ ー に ノ ッ ク イ ン し た マ ウ ス を made し, mating に よ り そ の parsing を into め て い る と こ ろ で あ る. ま た, Dlx3-4 but 伝 の hoe nasal organ エ ン ハ ン サ ー を ク ラ ス タ ー と し て owe lost す る こ と で sharper rate よ く hoe nasal organ tissue specific な ノ ッ ク ダ ウ ン を be presently で き る こ と が shown さ れ, new た な conditions pay き ノ ッ ク ア ウ ト マ ウ ス made の methodology へ と つ な が る results と な っ た. に, usually ノ ッ ク ア ウ ト で death な phenotype を shown す heritage 伝 に の occasions, こ の way に よ り deadly を avoid し つ つ particular organ で の heritage 伝 sub function resolution が may に な る new た な be 験 department と し て expect し 検 card を into め て い る.

项目成果

頭顔面形態発生を司るDlx遺伝子の発現調節機構とその進化

颅面形态发生Dlx基因的表达调控机制及其进化

• 发表时间: 2021
• 作者: Nakagawa Hiroyuki;Maehara Shiori;Kume Kazuhiko;Ohta Hiroto;Tomita Jun;隅山 健太
• 通讯作者: 隅山 健太

Conditional gene knockout by enhancer cluster elimination in the Dlx3-4 bigene system

Dlx3-4 双基因系统中通过增强子簇消除进行条件基因敲除

• 发表时间: 2023
• 作者: Akira Tanave;Kenta Sumiyama
• 通讯作者: Kenta Sumiyama

哺乳類Dlx5-6遺伝子クラスターの転写制御機構と進化

哺乳动物Dlx5-6基因簇的转录调控机制及进化

• 发表时间: 2022
• 作者: 隅山健太;田邉彰
• 通讯作者: 田邉彰

脊椎動物祖先まで遡る起源の古いcis-element機能の哺乳類個体でのin vivo 定量評価

哺乳动物个体体内定量评估可追溯到脊椎动物祖先的古代顺式元素功能

• 发表时间: 2021
• 作者: 隅山 健太;田邉 彰
• 通讯作者: 田邉 彰

筋細胞の融合にかかわる内 在性レトロウイルス由来の新規遺伝子

源自内源性逆转录病毒的新基因参与肌肉细胞融合

• 发表时间: 2022
• 作者: Nakashima Mitsuko;Argilli Emanuela;Nakano Sayaka;Sherr Elliott H.;Kato Mitsuhiro;Saitsu Hirotomo;上田真保子
• 通讯作者: 上田真保子