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岡山大学大学院自然科学研究科（理）の坂本浩隆准教授と神奈川大学理学部生物科学科の越智拓海特別助教（研究当時、大学院自然科学研究科院生）、川崎医科大学、富山大学、国立遺伝学研究所、米国エモリー大学、英国オックスフォード大学の国際研究グループは、脳で合成される母性のホルモン、「オキシトシン」が哺乳類の脊髄に存在する勃起／射精専用回路（性機能センター）を活性化させ、オスの交尾行動を促進させることを明らかにしました。これらの研究成果は、日本時間10月30日0:00（米国東部時間10月29日11:00）、米国のCell Pressより発行されている科学雑誌「Current Biology（カレントバイオロジー）」に掲載されます。

これまで脊髄の性機能センターが脳からどのようにコントロールされているのかはわかっていませんでした。今回、間脳視床下部に存在するオキシトシン・ニューロンが、脳から遠く離れた脊髄まではたらきかけ、脊髄レベルでオスの交尾行動を促進させることを明らかにしました。さらに、この脊髄におけるオキシトシンの作用は、いわゆるシナプス結合を介した‘配線伝達’ではなく、オキシトシンによる新たな局所神経機構‘ボリューム伝達’ を介したものであることも明らかにしました。この新たな脊髄内局所神経機構は、Wi-Fiとシステムが似ており、シナプスによる‘配線伝達’を‘Ethernet’と喩えるならば、‘ボリューム伝達’は‘Wi-Fi’と喩えることができるかもしれません。

本研究成果により、オスの性機能専用の脳－脊髄神経回路とその調節メカニズムが明らかとなり、今後、心因性の性機能障害の治療法の開発に寄与できることが期待されます。

遺伝研の貢献
ex vivo免疫電子顕微鏡解析、実験動物への薬物微量投与、および行動解析に貢献しました。

図: 作用部位まで軸索突起をのばし、脳から遠く離れた脊髄で局所的に放出・拡散されることによってコミュニケーションする新たな脊髄内局所神経機構‘ボリューム伝達’を明らかにしました。ボリューム伝達は、配線伝達（シナプス系）と神経内分泌系の２つの要素をあわせ持っていると考えられます。ホルモンによる神経内分泌は、血流を介して全身に作用するシステムで、いわば‘BS（Broadcasting Satellite）放送’のようなものです。シナプスによる‘配線伝達’を‘Ethernet’と喩えるならば、‘ボリューム伝達’は、‘Wi-Fi’と喩えることができるかもしれません。

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カブトムシの角は蛹への脱皮の時に「突然」現れます。これは脱皮に先立って、幼虫の頭の殻の内側で角を「折り畳んだ状態」で作り、脱皮時にエアバックのように角を展開することで可能になっています。この角のもとになる「原基」の折り畳みが、角の最終形態を決めますが、どのようなメカニズムが折り畳みパターンを決めているのかはわかっていませんでした。

情報・システム研究機構 国立遺伝学研究所の後藤寛貴博士研究員、大阪大学の近藤滋教授、基礎生物学研究所の新美輝幸教授らの研究グループは、カブトムシの角の形成に関わることが知られる様々な遺伝子の機能を失わせたときに、どのように原基の折り畳みパターンが変わるかを調べました。その結果、折り畳み皺（しわ）の「深さ」のみが変わるケースと、皺の「方向（パターン）」のみが変わるケースがあることが分かりました。これにより、皺の「深さ」と「方向」は異なる独立したメカニズムで決まっていることが示されたのです。

角の原基の折り畳み皺の「深さ」と「方向」のどちらが変わっても、角の最終的な形態は変化しました。昆虫の角形成メカニズムはこれまでも研究されてきましたが、今回、「折り畳み皺」に着目したことで複数の異なる分子メカニズムが独立に角形成や角の形の決定に関わっていることがわかりました。

世界のカブトムシの仲間には角を持つ種類が多く、その角の形や大きさは様々です。これらカブトムシのそれぞれの角の形はいずれも原基の折り畳み皺によって決まっていることが予想されます。今後は、種間で角の形状が異なる要因が皺の「深さ」なのか「方向」なのか、あるいは両方なのかを調べることで、多様な角の形態を作り出すメカニズムが明らかになると期待されます。

本研究は、科研費 新学術領域「3Dロジック」の支援を受けて行われました。

本研究成果は、英国科学雑誌「Scientific Reports」に2020年10月29日午後7時（日本時間）に掲載されました。

図: カブトムシの角は、脱皮に先立って「折りたたまれた状態で」作られる。どのような「折り畳み皺」を作るかで最終的な角の形が決まる。本研究では、原基表面の皺に着目し、その深さとパターンは異なる分子メカニズムで制御されていることを明らかにした。

• 後藤寛貴博士研究員のインタビュー記事はこちら

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近年、細胞内には核小体（図１左上）のような膜のない構造体があることがわかってきました。膜のない構造体の多くは「液-液相分離」と言われ、その実態は油と水の分離に見られる原理によって作られる「液滴」です。この液滴は、試験管内ならさまざまなタンパク質によって作られることが示されている一方で、細胞の中で「どのように液滴が作られるのか？」「その液滴の変化が細胞の機能にどのように結びつくのか？」は不明でした。

ゲノムダイナミクス研究室の井手聖助教、大地弘子研究支援員、今井亮輔元総研大生、前島一博教授らの研究グループは、生きたヒト細胞の大きな液滴である核小体に着目し、その中に存在するリボソームRNA遺伝子（rDNA）と、その転写装置であるRNAポリメラーゼIの振る舞いを、超解像蛍光顕微鏡を駆使して分子レベルで詳しく観察することに成功しました。その結果、液滴である核小体において、rDNAの転写が停止することにより、新たな液滴が作られることがわかりました（図１）。重要なことに、ヒト遺伝性疾患の原因となる変異型RNAポリメラーゼIによっても、転写が停止して、同じような液滴が作られることがわかりました（図２）。

本研究により、RNAポリメラーゼIの変異が液滴の変化を起こし、リボソーム合成異常に起因するヒト遺伝性疾患を引き起こすことが明らかとなりました。本研究によって、今後、このような細胞の異常や関連疾患の理解が進むことが期待されます。また、生きた細胞内で分子の動きを追跡できる超解像蛍光顕微鏡が細胞内のさまざまな液滴を調べる上で有効であることがわかりました。

本研究は科学技術振興機構（JST） 戦略的創造研究推進事業(CREST) (JPMJCR15G2)、文部科学省科学研究費補助金・新学術領域研究「クロマチン潜在能」（JP19H05273）、科学研究費補助金（JP16H04746、JP15K18580, JP15H01361、JP16H04746）および武田科学振興財団の支援を受けて行われました。

図1: （左上）細胞の核の中にある液滴である核小体（水色）。（左）リボソームRNA（rRNA）の転写が行なわれているときは、rRNA遺伝子（rDNA）とRNAポリメラーゼIが液滴全体に散らばっている（青色）。（左下）RNAポリメラーゼI（ピンク）が遺伝子（紺色曲線）上で塊を作る。（右）転写が抑えられると、散らばっていたRNAポリメラーゼIやrRNA遺伝子が集まり、新たな液滴ができる。（右下）液滴の中ではRNAポリメラーゼIがrDNAから外れ、共に自由に動き回る。

図2: ヒト遺伝性疾患の原因となる変異したRNAポリメラーゼIを発現させると、阻害剤を投与した時と同様に液滴である核小体の中に新たな液滴が作られる（中央）。その際、転写に必要なタンパク質（紫色のボール）が液滴から追いだされる（中央）。そのため液滴内に残るrRNA遺伝子と正常なRNAポリメラーゼIによる転写は起きない。このように生じるリボソーム合成過程の異常がトリーチャー・コリンズ症候群などに見られる頭蓋骨や顔の骨の形成不良を引き起こすと考えられる（右、上あごと下あごの形成異常を表す。画像提供：Cincinnati Children’s Hospital Medical Center • K. Nicole Weaver博士）。

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東京工業大学 生命理工学院 生命理工学系の二階堂雅人准教授、同 総合理工学研究科の張子聡大学院生、国立遺伝学研究所の近藤伸二特任准教授および東京大学 生産技術研究所の甲斐知惠子特任教授らの共同研究グループは、デマレルーセットオオコウモリとエジプトルーセットオオコウモリ（写真）の全ゲノム配列を解読しました。

オオコウモリはココウモリの一部から分岐したグループであり、その急速な適応進化については多くの研究者が注目していました。今回の研究では、全ゲノム配列を解読したオオコウモリ2種に加えて、ココウモリを含む22種の哺乳類を対象とした網羅的な比較ゲノム解析を実施し、オオコウモリ独自の進化に関わる遺伝子の探索を行いました。

その結果、オオコウモリのゲノム中において、免疫やタンパク質代謝、そして嗅覚系の遺伝子において適応進化の痕跡（用語1）を検出することに成功しました。これらはオオコウモリが持つ高い抗ウイルス免疫力や、果実食という特殊な食性の獲得と深く関連していると考えられるのです。本結果は、オオコウモリの適応進化について重要な知見を与えるだけでなく、人獣共通感染症ウイルスの感染・発症メカニズムに関わる医学研究への足がかりになると期待されます。

研究の成果は9月23日に『DNA Research』に公開されました。

遺伝研の貢献
Illumina社のHiSeq 2500システムを用いたゲノム配列の解読、ゲノムアセンブリの構築およびゲノムの注釈づけを実施いたしました。また、比較ゲノム解析による正の選択を受けた遺伝子候補の探索やRNA-seqデータを用いた遺伝子発現量解析を行いました。

図: 今回全ゲノム配列を解読したルーセットオオコウモリ
左：デマレルーセットオオコウモリ（Rousettus leschenaultia）
右：エジプトルーセットオオコウモリ（Rousettus aegyptiacus）
写真提供：長谷川政美　統計数理研究所名誉教授

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国立遺伝学研究所名誉教授　嶋本伸雄と杵淵隆（元博士研究員）、奈良女子大学教授　戸田幹人、岡山大学大学院自然科学研究科特命教授（研究） 奈良重俊、北海道大学電子科学研究所教授　小松崎民樹、東北大学多元物質科学研究所准教授　鎌形清人、国立遺伝学研究所元所長　富澤純一（故人）から成る研究チームは、DNAとタンパク質の結合に関して新たなメカニズムを発見しました。

このメカニズムは、DNA・タンパク質の結合において、これら生体分子の揺らぎが重要な役割を果たしている可能性を示唆しており、生命現象の基幹を成す原理として、新たな指針を与えることが期待できます。

本研究は、JSPS科研費、物質デバイス共同研究拠点の助成のもとに行われました。

本研究成果は、令和２年（2020年）9月24日（木）に、英国科学誌「Scientific Reports」にオンライン掲載されました。

図: (a)詳細つり合いが成り立つ場合　(b)詳細つり合いが破れている場合

１． 背景
脊椎動物の発生過程において、骨芽細胞（Osteoblast)は間葉系幹細胞（mesenchymal stem cell）から分化してきます。また間葉系幹細胞は、軟骨細胞（chondrocyte）、腱細胞（tenocyte）、筋結合組織（muscle connective tissue）など骨の周辺細胞へ分化します。しかしながら、これらの細胞がどのようにできてくるのか？　詳細な細胞系譜はわかっていませんでした。

２． 結果
本研究で私たちは、ゼブラフィッシュのエンハンサートラップ系統の解析から、転写因子Ebf3がゼブラフィッシュ 稚魚期の腱細胞および筋結合組織で発現していることを見出しました。マウスにおいてEbf3をノックアウトしたところ、軟骨形成には影響を与えませんでしたが、Runx2を発現する前骨芽細胞の生成に欠損を示し、胸骨の骨化の欠損を引き起こしました。Ebf3の条件付きノックアウトマウスを作製し解析したところ、Ebf3は側板中胚葉細胞（LPM）、特に腱/筋肉結合組織細胞形成に重要であること、および胚の発生段階の9.5-10.5日において必要であることを明らかにしました。

３． 今後の期待
本研究は、側板中胚葉由来の細胞の発生文化におけるEbf3の重要な役割を示しました。Ebf3の標的遺伝子の同定側板中胚葉の分化についての詳細なメカニズムの理解につながるでしょう。

本研究は、京都大学ウィルス•再生医科学研究所瀬原敦子教授の研究室との共同研究として行われました。本研究は部分的にNBRPに支援されました。

図1：ゼブラフィッシュ ebf3遺伝子トラップ系統におけるGFP(Gal4)の腱細胞および筋結合組織での発現（受精後48時間および60時間後）。

図2：前骨芽細胞形成におけるEbf3の役割。

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大学共同利用機関法人 情報・システム研究機構（ROIS)、機構長：藤井良一、東京都港区）の、国立情報学研究所（NII、所長：喜連川 優、東京都千代田区）オープンサイエンス基盤研究センター（RCOS、センター長：NIIコンテンツ科学研究系教授 山地 一禎）と国立遺伝学研究所（NIG、所長：花岡 文雄、静岡県三島市）の生命情報・DDBJセンター（センター長：NIG生命ネットワーク研究室教授 有田 正規）は、国内外に散在する新型コロナウイルス感染症（COVID-19）に関する研究データへ研究者が迅速にアクセスできるよう、オープンデータの調査と収集を実施し、その結果を「COVID-19データポータルJAPAN」として公開しました。

図: このポータルサイトでは、収集したCOVID-19関連の研究データやツールを分野別にリスト化しており、それぞれの説明を参考に各リソースに迅速にアクセスすることができる。