東北大学研究者紹介

研究者詳細

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フセ　ナオユキ

布施　直之

Naoyuki Fuse

所属

大学院薬学研究科　生命薬科学専攻　生命情報薬学講座（生命機能解析学分野）

職名

助教

学位

博士（理学）（総合研究大学院大学）
理学修士（上智大学）

researchmap

https://researchmap.jp/nfuse

J-GLOBAL ID

201501064803323147

e-Rad 研究者番号

80321983

ORCID

https://orcid.org/0000-0002-7954-1082

プロフィール

以前は、主にショウジョウバエを使って、発生過程におけるシグナル伝達を研究してきた。現在、ショウジョウバエを使って、ゲノムの視点から自然免疫と環境適応について研究している。複雑な生命現象について、オミックスで全体像を見ながら、遺伝学で分子レベルに落とし込む、「森も見て木も見る」研究スタイルを追求したい。

経歴 11

2016年4月～継続中

東北大学　大学院薬学研究科　助教
2015年4月～ 2016年3月

京都大学　大学院生命科学研究科　研究員
2013年6月～ 2015年3月

特定国立研究開発法人理化学研究所　発生再生科学総合研究センター　研究員
2012年4月～ 2013年5月

京都大学　大学院理学研究科生物科学専攻　研究員
2008年6月～ 2012年3月

京都大学　大学院理学研究科生物科学専攻　グローバルCOE研究員
2004年6月～ 2008年5月

国立遺伝学研究所　個体遺伝研究系・形質遺伝研究部門　助手
2002年4月～ 2004年5月

特定国立研究開発法人理化学研究所　発生再生科学総合研究センター　研究員
1999年10月～ 2002年3月

東北大学　加齢医学研究所　助手
1995年9月～ 1999年9月

ジョンズホプキンス大学　医学部・分子生物学遺伝学分野　ポスドク研究員
1995年4月～ 1995年8月

国立遺伝学研究所　系統保存研究センター　日本学術振興会特別研究員
1990年4月～ 1992年3月

新日本製鐵（株）　先端技術研究所　社員

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学歴 3

総合研究大学院大学　生命科学研究科　遺伝学専攻

1992年4月～ 1995年3月
上智大学　大学院理工学研究科　化学専攻（2008年度改組）

1988年4月～ 1990年3月
上智大学　理工学部　化学科（2008年度改組）

1984年4月～ 1988年3月

研究キーワード 9

進化
形態形成
自然免疫
環境適応
ゲノム
包括脳ネットワーク
神経幹細胞
G蛋白質
ショウジョウバエ

研究分野 3

ライフサイエンス / 進化生物学 /
ライフサイエンス / 発生生物学 /
ライフサイエンス / ゲノム生物学 /

論文 34

Gut microbiota–mediated lipid accumulation as a driver of evolutionary adaptation to blue light toxicity in Drosophila

Yuta Takada, Toshiharu Ichinose, Naoyuki Fuse, Kokoro Saito, Wakako Ikeda-Ohtsubo, Hiromu Tanimoto, Masatoshi Hori

Communications Biology　2024年8月23日

DOI： 10.1101/2024.08.22.608892 　
Blue light toxicity drives the gut microbiota-mediated lipid accumulation in Drosophila

Yuta Takada, Toshiharu Ichinose, Naoyuki Fuse, Kokoro Saito, Wakako Ikeda-Ohtsubo, Hiromu Tanimoto, Masatoshi Hori

2024年8月23日
出版者・発行元： Cold Spring Harbor Laboratory
DOI： 10.1101/2024.08.22.608892 　

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Blue light (BL), abundant in sunlight, is highly toxic to many insect species when exposure is excessive. While the physiological mechanisms of BL toxicity are being revealed, the evolutionary responses remain less explored. In this study, using Drosophila melanogaster as a model system, we conducted laboratory selection for over 60 generations under excessive BL exposure. The selected line (SL) flies exhibited enhanced BL-tolerance, and also increased body weight and lipid accumulation. Interestingly, we found elongated midgut in the SL flies, and increased microbiota, which was dominated by Acetobacter persici. The BL-tolerance and the lipid accumulation were dependent on the increment of gut microbiota. Genomic analysis identified mutations in the Hippo signaling pathway linked to midgut elongation, while transcriptome analysis showed downregulation of Tachykinin (Tk), a key suppressor of intestinal lipogenesis. Genetically induced lipid accumulation through manipulation of Tk or related lipogenic genes was sufficient to confer BL-tolerance. Moreover, our findings indicate that parental BL irradiation, along with accumulated mutations from laboratory selection, played a crucial role in midgut elongation and increased bacterial abundance. These findings reveal evolutionary responses to excessive BL exposure that shape host traits to maximize the benefits provided by gut microbiota.
Neural control of redox response and microbiota-triggered inflammation in Drosophila gut

Naoyuki Fuse, Haruka Hashiba, Kentaro Ishibashi, Takuro Suzuki, Quang-Dat Nguyen, Kiho Fujii, Wakako Ikeda-Ohtsubo, Haruki Kitazawa, Hiromu Tanimoto, Shoichiro Kurata

Frontiers in Immunology　14　1268611　2023年10月26日
出版者・発行元： Frontiers Media SA
DOI： 10.3389/fimmu.2023.1268611 　

eISSN：1664-3224

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Background The neural system plays a critical role in controlling gut immunity, and the gut microbiota contributes to this process. However, the roles and mechanisms of gut-brain-microbiota interactions remain unclear. To address this issue, we employed Drosophila as a model organism. We have previously shown that NP3253 neurons, which are connected to the brain and gut, are essential for resistance to oral bacterial infections. Here, we aimed to investigate the role of NP3253 neurons in the regulation of gut immunity. Methods We performed RNA-seq analysis of the adult Drosophila gut after genetically inactivating the NP3253 neurons. Flies were reared under oral bacterial infection and normal feeding conditions. In addition, we prepared samples under germ-free conditions to evaluate the role of the microbiota in gut gene expression. We knocked down the genes regulated by NP3253 neurons and examined their susceptibility to oral bacterial infections. Results We found that immune-related gene expression was upregulated in NP3253 neuron-inactivated flies compared to the control. However, this upregulation was abolished in axenic flies, suggesting that the immune response was abnormally activated by the microbiota in NP3253 neuron-inactivated flies. In addition, redox-related gene expression was downregulated in NP3253 neuron-inactivated flies, and this downregulation was also observed in axenic flies. Certain redox-related genes were required for resistance to oral bacterial infections, suggesting that NP3253 neurons regulate the redox responses for gut immunity in a microbiota-independent manner. Conclusion These results show that NP3253 neurons regulate the appropriate gene expression patterns in the gut and contribute to maintain homeostasis during oral infections.
Transcriptome features of innate immune memory in Drosophila

Naoyuki Fuse, Chisaki Okamori, Ryoma Okaji, Chang Tang, Kikuko Hirai, Shoichiro Kurata

PLOS Genetics　18　(10)　e1010005-e1010005　2022年10月17日
出版者・発行元： Public Library of Science (PLoS)
DOI： 10.1371/journal.pgen.1010005 　

eISSN：1553-7404

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Immune memory is the ability of organisms to elicit potentiated immune responses at secondary infection. Current studies have revealed that similar to adaptive immunity, innate immunity exhibits memory characteristics (called "innate immune memory"). Although epigenetic reprogramming plays an important role in innate immune memory, the underlying mechanisms have not been elucidated, especially at the individual level. Here, we established experimental systems for detecting innate immune memory in Drosophila melanogaster. Training infection with low-pathogenic bacteria enhanced the survival rate of the flies at subsequent challenge infection with high-pathogenic bacteria. Among low-pathogenic bacteria, Micrococcus luteus (Ml) and Salmonella typhimurium (St) exerted apparent training effects in the fly but exhibited different mechanisms of action. Ml exerted training effects even after its clearance from flies, while live St persisted in the flies for a prolonged duration. RNA sequencing (RNA-Seq) analysis revealed that Ml training enhanced the expression of the immune-related genes under the challenge condition but not under the non-challenge condition. In contrast, St training upregulated the expression of the immune-related genes independent of challenge. These results suggest that training effects with Ml and St are due to memory and persistence of immune responses, respectively. Furthermore, we searched for the gene involved in immune memory, and identified a candidate gene, Ada2b, which encodes a component of the histone modification complex. The Ada2b mutant suppressed Ml training effects on survival and disrupted the expression of some genes under the training + challenge condition. These results suggest that the gene expression regulated by Ada2b may contribute to innate immune memory in Drosophila.
Genetic dissection of innate immune memory in Drosophila melanogaster

Chang Tang, Shoichiro Kurata, Naoyuki Fuse

Frontiers in Immunology　13　2022年8月4日
出版者・発行元： Frontiers Media SA
DOI： 10.3389/fimmu.2022.857707 　

eISSN：1664-3224

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Current studies have demonstrated that innate immunity possesses memory characteristics. Although the molecular mechanisms underlying innate immune memory have been addressed by numerous studies, genetic variations in innate immune memory and the associated genes remain unclear. Here, we explored innate immune memory in 163 lines of Drosophila melanogaster from the Drosophila Synthetic Population Resource. In our assay system, prior training with low pathogenic bacteria (Micrococcus luteus) increased the survival rate of flies after subsequent challenge with highly pathogenic bacteria (Staphylococcus aureus). This positive training effect was observed in most lines, but some lines exhibited negative training effects. Survival rates under training and control conditions were poorly correlated, suggesting that distinct genetic factors regulate training effects and normal immune responses. Subsequent quantitative trait loci analysis suggested that four loci containing 80 genes may be involved in regulating innate immune memory. Among them, Adgf-A, which encodes an extracellular adenosine deaminase-related growth factor, was shown to be associated with training effects. Our study findings help to elucidate the genetic architecture of innate immune memory in Drosophila and may provide insight for new therapeutic treatments aimed at boosting immunity.
cGMP signaling pathway that modulates NF-κB activation in innate immune responses

Hirotaka Kanoh, Shinzo Iwashita, Takayuki Kuraishi, Akira Goto, Naoyuki Fuse, Haruna Ueno, Mariko Nimura, Tomohito Oyama, Chang Tang, Ryo Watanabe, Aki Hori, Yoshiki Momiuchi, Hiroki Ishikawa, Hiroaki Suzuki, Kumiko Nabe, Takeshi Takagaki, Masataka Fukuzaki, Li-Li Tong, Sinya Yamada, Yoshiteru Oshima, Toshiro Aigaki, Julian A.T. Dow, Shireen-Anne Davies, Shoichiro Kurata

iScience　24　(12)　103473-103473　2021年12月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.isci.2021.103473 　

ISSN：2589-0042
A Receptor Guanylate Cyclase, Gyc76C, Mediates Humoral, and Cellular Responses in Distinct Ways in Drosophila Immunity. 国際誌査読有り

Shinzo Iwashita, Hiroaki Suzuki, Akira Goto, Tomohito Oyama, Hirotaka Kanoh, Takayuki Kuraishi, Naoyuki Fuse, Tamaki Yano, Yoshiteru Oshima, Julian A T Dow, Shireen-Anne Davies, Shoichiro Kurata

Frontiers in immunology　11　35-35　2020年

DOI： 10.3389/fimmu.2020.00035 　

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Innate immunity is an evolutionarily conserved host defense system against infections. The fruit fly Drosophila relies solely on innate immunity for infection defense, and the conservation of innate immunity makes Drosophila an ideal model for understanding the principles of innate immunity, which comprises both humoral and cellular responses. The mechanisms underlying the coordination of humoral and cellular responses, however, has remained unclear. Previously, we identified Gyc76C, a receptor-type guanylate cyclase that produces cyclic guanosine monophosphate (cGMP), as an immune receptor in Drosophila. Gyc76C mediates the induction of antimicrobial peptides for humoral responses by a novel cGMP pathway including a membrane-localized cGMP-dependent protein kinase, DG2, through downstream components of the Toll receptor such as dMyD88. Here we show that Gyc76C is also required for the proliferation of blood cells (hemocytes) for cellular responses to bacterial infections. In contrast to Gyc76C-dependent antimicrobial peptide induction, Gyc76C-dependent hemocyte proliferation is meditated by a small GTPase, Ras85D, and not by DG2 or dMyD88, indicating that Gyc76C mediates the cellular and humoral immune responses in distinct ways.
HSP70/DNAJA3 chaperone/cochaperone regulates NF-κB activity in immune responses 査読有り

Kumada K, Fuse N, Tamura T, Okamori C, Kurata S

Biochemical and Biophysical Research Communications　513　(4)　947-951　2019年

DOI： 10.1016/j.bbrc.2019.04.077 　
Nuclear Lamin is required for Winged Eye-mediated transdetermination of Drosophila imaginal disc 査読有り

Masuko, K., Furuhashi, H., Komaba, K., Numao, E., Nakajima, R., Fuse, N., Kurata, S.

Genes to Cells　23　(8)　724-731　2018年7月

DOI： 10.1111/gtc.12608 　

ISSN：1356-9597
winged eye Induces Transdetermination of Drosophila Imaginal Disc by Acting in Concert with a Histone Methyltransferase, Su(var)3-9 査読有り

Keita Masuko, Naoyuki Fuse, Kanae Komaba, Tomonori Katsuyama, Rumi Nakajima, Hirofumi Furuhashi, Shoichiro Kurata

Cell Reports　22　(1)　206-217　2018年1月2日
出版者・発行元： Elsevier B.V.
DOI： 10.1016/j.celrep.2017.11.105 　

ISSN：2211-1247
Genome research elucidating environmental adaptation: Dark-fly project as a case study 査読有り

Naoyuki Fuse

CURRENT OPINION IN GENETICS & DEVELOPMENT　45　97-102　2017年8月

DOI： 10.1016/j.gde.2017.03.004 　

ISSN：0959-437X

eISSN：1879-0380
Jak1/Stat3 signaling acts as a positive regulator of pluripotency in chicken pre-gastrula embryos 査読有り

Shota Nakanoh, Naoyuki Fuse, Ryosuke Tadokoro, Yoshiko Takahashi, Kiyokazu Agata

DEVELOPMENTAL BIOLOGY　421　(1)　43-51　2017年1月

DOI： 10.1016/j.ydbio.2016.11.001 　

ISSN：0012-1606

eISSN：1095-564X
Dynamics of Dark-Fly Genome Under Environmental Selections 査読有り

Minako Izutsu, Atsushi Toyoda, Asao Fujiyama, Kiyokazu Agata, Naoyuki Fuse

G3-GENES GENOMES GENETICS　6　(2)　365-376　2016年2月

DOI： 10.1534/g3.115.023549 　

ISSN：2160-1836
Verification of chicken Nanog as an epiblast marker and identification of chicken PouV as Pou5f3 by newly raised antibodies 査読有り

Shota Nakanoh, Naoyuki Fuse, Yoshiko Takahashi, Kiyokazu Agata

DEVELOPMENT GROWTH & DIFFERENTIATION　57　(3)　251-263　2015年4月

DOI： 10.1111/dgd.12205 　

ISSN：0012-1592

eISSN：1440-169X
A Novel Cell Death Gene Acts to Repair Patterning Defects in Drosophila melanogaster 査読有り

Kentaro M. Tanaka, Aya Takahashi, Naoyuki Fuse, Toshiyuki Takano-Shimizu-Kouno

GENETICS　197　(2)　739-U502　2014年6月

DOI： 10.1534/genetics.114.163337 　

ISSN：0016-6731

eISSN：1943-2631
Gprk2 adjusts Fog signaling to organize cell movements in Drosophila gastrulation 査読有り

Naoyuki Fuse, Fengwei Yu, Susumu Hirose

DEVELOPMENT　140　(20)　4246-4255　2013年10月

DOI： 10.1242/dev.093625 　

ISSN：0950-1991
Heterotrimeric G protein signaling governs the cortical stability during apical constriction in Drosophila gastrulation 査読有り

Takuma Kanesaki, Susumu Hirose, Joerg Grosshans, Naoyuki Fuse

MECHANISMS OF DEVELOPMENT　130　(2-3)　132-142　2013年2月

DOI： 10.1016/j.mod.2012.10.001 　

ISSN：0925-4773
Genome Features of "Dark-Fly", a Drosophila Line Reared Long-Term in a Dark Environment 査読有り

Minako Izutsu, Jun Zhou, Yuzo Sugiyama, Osamu Nishimura, Tomoyuki Aizu, Atsushi Toyoda, Asao Fujiyama, Kiyokazu Agata, Naoyuki Fuse

PLOS ONE　7　(3)　e33288　2012年3月

DOI： 10.1371/journal.pone.0033288 　

ISSN：1932-6203
Experience-dependent Plasticity of the Optomotor Response in Drosophila melanogaster 査読有り

Akiko Kikuchi, Shumpei Ohashi, Naoyuki Fuse, Toshiaki Ohta, Marina Suzuki, Yoshinori Suzuki, Tomoyo Fujita, Takuya Miyamoto, Toru Aonishi, Hiroyoshi Miyakawa, Takako Morimoto

DEVELOPMENTAL NEUROSCIENCE　34　(6)　533-542　2012年

DOI： 10.1159/000346266 　

ISSN：0378-5866

eISSN：1421-9859
Progenitor properties of symmetrically dividing Drosophila neuroblasts during embryonic and larval development 査読有り

Atsushi Kitajima, Naoyuki Fuse, Takako Isshiki, Fumio Matsuzaki

DEVELOPMENTAL BIOLOGY　347　(1)　9-23　2010年11月

DOI： 10.1016/j.ydbio.2010.06.029 　

ISSN：0012-1606
Tre1 GPCR initiates germ cell transepithelial migration by regulating Drosophila melanogaster E-cadherin 査読有り

Prabhat S. Kunwar, Hiroko Sano, Andrew D. Renault, Vitor Barbosa, Naoyuki Fuse, Ruth Lehmann

JOURNAL OF CELL BIOLOGY　183　(1)　157-168　2008年10月

DOI： 10.1083/jcb.200807049 　

ISSN：0021-9525
Evolution of the dorsal-ventral patterning network in the mosquito, Anopheles gambiae 査読有り

Yury Goltsev, Naoyuki Fuse, Manfred Frasch, Robert P. Zinzen, Gregory Lanzaro, Mike Levine

DEVELOPMENT　134　(13)　2415-2424　2007年7月

DOI： 10.1242/dev.02863 　

ISSN：0950-1991
Molecular mechanisms of Sonic hedgehog mutant effects in holoprosencephaly 査読有り

T Maity, N Fuse, PA Beachy

PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA　102　(47)　17026-17031　2005年11月

DOI： 10.1073/pnas.0507848102 　

ISSN：0027-8424
Differential functions of G protein and Baz-aPKC signaling pathways in Drosophila neuroblast asymmetric division 査読有り

Y Izumi, N Ohta, A Itoh-Furuya, N Fuse, F Matsuzaki

JOURNAL OF CELL BIOLOGY　164　(5)　729-738　2004年3月

DOI： 10.1083/jcb.200309162 　

ISSN：0021-9525
Heterotrimeric G proteins regulate daughter cell size asymmetry in Drosophila neuroblast divisions 査読有り

N Fuse, K Hisata, AL Katzen, F Matsuzaki

CURRENT BIOLOGY　13　(11)　947-954　2003年5月

DOI： 10.1016/S0960-9822(03)00334-8 　

ISSN：0960-9822
Sonic hedgehog protein signals not as a hydrolytic enzyme but as an apparent ligand for Patched 査読有り

N Fuse, T Maiti, BL Wang, JA Porter, TMT Hall, DJ Leahy, PA Beachy

PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA　96　(20)　10992-10999　1999年9月

DOI： 10.1073/pnas.96.20.10992 　

ISSN：0027-8424
Snail-type zinc finger proteins prevent neurogenesis in Scutoid and transgenic animals of Drosophila 査読有り

Naoyuki Fuse, Hitoshi Matakatsu, Misako Taniguchi, Shigeo Hayashi

Development Genes and Evolution　209　(10)　573-580　1999年

DOI： 10.1007/s004270050291 　

ISSN：0949-944X
Determination of wing cell fate by the escargot and snail genes in Drosophila 査読有り

N Fuse, S Hirose, S Hayashi

DEVELOPMENT　122　(4)　1059-1067　1996年4月

ISSN：0950-1991
DIPLOIDY OF DROSOPHILA IMAGINAL CELLS IS MAINTAINED BY A TRANSCRIPTIONAL REPRESSOR ENCODED BY ESCARGOT 査読有り

N FUSE, S HIROSE, S HAYASHI

GENES & DEVELOPMENT　8　(19)　2270-2281　1994年10月

DOI： 10.1101/gad.8.19.2270 　

ISSN：0890-9369
PURIFICATION AND CHARACTERIZATION OF NEW ANTI-ADRENOCORTICOTROPIN RABBIT NEUTROPHIL PEPTIDES (DEFENSINS) 査読有り

N FUSE, Y HAYASHI, J FUKATA, T TOMINAGA, O EBISUI, Y SATOH, T ISOHARA, UNO, I, H IMURA

EUROPEAN JOURNAL OF BIOCHEMISTRY　216　(2)　653-659　1993年9月

DOI： 10.1111/j.1432-1033.1993.tb18185.x 　

ISSN：0014-2956
PURIFICATION, CHARACTERIZATION AND SYNTHESIS OF NP-6, A NOVEL MEMBER OF RABBIT CORTICOSTATIC PEPTIDES 査読有り

N FUSE, Y HAYASHI, J FUKATA, T TOMINAGA, O EBISUI, Y SATOH, T ISOHARA, H IMURA

PEPTIDE CHEMISTRY 1992　618-621　1993年
DISTRIBUTION AND CHARACTERIZATION OF IMMUNOREACTIVE CORTICOSTATIN IN THE HYPOTHALAMIC-PITUITARY-ADRENAL AXIS 査読有り

T TOMINAGA, J FUKATA, Y HAYASHI, Y SATOH, N FUSE, H SEGAWA, O EBISUI, Y NAKAI, Y OSAMURA, H IMURA

ENDOCRINOLOGY　130　(3)　1593-1598　1992年3月

DOI： 10.1210/endo.130.3.1537309 　

ISSN：0013-7227
STRUCTURE OF THE SNAKE SHORT-CHAIN NEUROTOXIN, ERABUTOXIN-C, PRECURSOR GENE 査読有り

N FUSE, T TSUCHIYA, Y NONOMURA, A MENEZ, T TAMIYA

EUROPEAN JOURNAL OF BIOCHEMISTRY　193　(3)　629-633　1990年11月

DOI： 10.1111/j.1432-1033.1990.tb19380.x 　

ISSN：0014-2956
SEQUENCE-ANALYSIS OF A CDNA-ENCODING A ERABUTOXIN-B FROM THE SEA-SNAKE LATICAUDA-SEMIFASCIATA 査読有り

K OBARA, N FUSE, T TSUCHIYA, Y NONOMURA, A MENEZ, T TAMIYA

NUCLEIC ACIDS RESEARCH　17　(24)　10490-10490　1989年12月

DOI： 10.1093/nar/17.24.10490 　

ISSN：0305-1048

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MISC 10

ショウジョウバエNP3253神経による腸管の飢餓応答制御国際誌

NGUYEN Quang-Dat, 藤井希帆, 石橋謙太朗, 布施直之, 大坪和香子, 北澤春樹, 谷本拓, 倉田祥一朗

日本分子生物学会年会プログラム・要旨集(Web)　46th　(2)　e70005　2023年

DOI： 10.1111/gtc.70005 　
ショウジョウバエ神経系による飢餓応答制御機構の解析

藤井希帆, NGUYEN Quang-Dat, 石橋謙太朗, 布施直之, 谷本拓, 北澤春樹, 大坪和香子, 倉田祥一朗

日本分子生物学会年会プログラム・要旨集(Web)　46th　2023年
Genome and traits of a Drosophila line evolved under a dark environment

Naoyuki Fuse, Minako Izutsu, Yuzo Sugiyama, Osamu Nishimura, Kiyokazu Agata

GENES & GENETIC SYSTEMS　87　(6)　382-382　2012年12月

ISSN： 1341-7568

eISSN： 1880-5779
暗闇で長期間継代したショウジョウバエのゲノムと形質

布施直之, 井筒弥那子, 杉山祐造, 西村理, 阿形清和

日本遺伝学会大会プログラム・予稿集　84th　2012年
暗闇で長期間継代したショウジョウバエのゲノムと形質

布施直之, 前田真希, 辻本恵太, 井筒弥那子, 阿形清和

日本分子生物学会年会プログラム・要旨集(Web)　35th　2012年
ショウジョウバエの暗闇環境への適応のメカニズム

布施直之, 前田真希, 辻本恵太, 井筒弥那子, 杉山祐造, 西村理, 阿形清和

生化学　2011年

ISSN： 0037-1017
Adaptive behaviors of Drosophila in dark environment

Keita Tsujimoto, Kohei Okamoto, Ryuichi Miyamoto, Maki Maeda, Kiyokazu Agata, Naoyuki Fuse

NEUROSCIENCE RESEARCH　71　E343-E344　2011年

DOI： 10.1016/j.neures.2011.07.1507 　

ISSN： 0168-0102
ショウジョウバエの環境適応の分子メカニズム

布施直之, 前田真希, 西村理, 杉山祐造, 辻本恵太, 井筒弥那子, 阿形清和

生化学　2010年

ISSN： 0037-1017
ショウジョウバエの暗所環境への適応進化

布施直之, 岡本光平, 西村理, 前田真希, 宮本龍一, 杉山祐造, 山下真弘, 阿形清和

日本分子生物学会年会講演要旨集　32nd　(Vol.1)　2009年
Cell size asymmetry and spindle orientation in asymmetric division of Drosophila nueroblasts

F Matsuzaki, Y Izumi, N Fuse

MOLECULAR BIOLOGY OF THE CELL　15　336A-336A　2004年11月

ISSN： 1059-1524

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共同研究・競争的資金等の研究課題 10

自然免疫の記憶機構のゲノム解析

布施直之

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

研究機関：Tohoku University

2017年4月1日～ 2020年3月31日

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近年、自然免疫にも適応免疫のような感染菌を記憶する機構が存在することが認知されてきたが、そのメカニズムは未だ不明な点が多い。私達は、ショウジョウバエに低病原性菌を感染させ訓練すると、その後の高病原性菌の感染において生存率が上昇することを検出した。この実験系を用いて、RNA-Seqによる免疫記憶のトランスクリプトーム解析を行い、訓練によって本感染時の発現が増強する398遺伝子を同定した。これらの遺伝子の多くはヒストン修飾によって発現が制御される免疫関連の遺伝子であった。これらの結果から、ショウジョウバエの免疫記憶において、ヒストン修飾などのエピゲノム制御が重要な役割を果たす可能性が示唆された。
ゲノム編集によるショウジョウバエの環境適応の解析

布施直之

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

2014年4月1日～ 2017年3月31日

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本研究は、62年間に渡って暗闇で継代されたショウジョウバエ系統（暗黒バエ）を用いて、環境適応の分子メカニズムを明らかにすることを目的とした。暗黒バエのゲノム多型（SNP）を同定するために、次世代シーケンサーを用いて全ゲノム配列を決定し、約22万のSNPを同定した。暗闇適応に関わるSNPを同定するために、暗黒バエと野生型ハエを混合した集団を明所と暗所で継代した。SNPを指標とした集団ゲノムの解析から、暗所で選択されるゲノム領域を絞り込み、暗闇適応に関わる候補として84遺伝子を同定した。暗黒バエのSNPを野生型ハエに導入するために、ゲノム編集技術を用いて遺伝子ノックイン法の確立を目指した。
形態形成運動における三量体G蛋白質シグナルの調節機構

布施直之

2008年～ 2009年

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発生過程において、細胞は集団となってダイナミックに形を変え移動する。細胞運動の時空間制御に、三量体G蛋白質(G蛋白質)を介したシグナル伝達は重要な役割を果たしている。G蛋白質を介したシグナル伝逹はGPCRキナーゼ(GRK)などの多数の因子によって巧妙に調節されているが、シグナルの調節機構が形態形成運動にどのような役割をもつのか、わかっていない。本研究は、ショウジョウバエの原腸陥入をモデルに、形態形成におけるG蛋白質シグナルの調節機構の役割を明らかにすることを目的とする。私は、GRKの1つであるGprk2が原腸陥入に必須であることを見いだした。Gprk2の分子機能を解析することによって、形態形成におけるG蛋白質シグナルの調節機構を明らかにする。 Gprk2変異胚では、リガンドFogが制御するアピカル収縮の領域が広がっていた。FogとGprk2の2重変異がFog単独変異と同じ表現型を示すことから、Gprk2変異の表現型は異常なFogシグナルガ原因であることが示された。フランスのグループとの共同研究から、Fogのレセプターを同定し、Pogと名付けた。培養細胞を使った実験からGprk2はPogをリン酸化した。Gprk2のキナーゼ活性部位の1アミノ酸置換(K338R)は、Posをリン酸化する活性を失った。Gprk2変異胚における原腸陥入の異常は、野生型Gprk2によって救済されたが、(K338R)変異Gprk2によって救済されなかった。これらの結果は、Gprk2のキナーゼ活性が原腸陥入に必須であることを示すとともに、Gprk2によるPogのリン酸化がFogシグナルを調節し、細胞運動を時空間レベルで制御することが示唆された。今後、細胞運動におけるPogのリン酸化の影響を調べ、Gprk2の分子機能と役割の詳細を明らかにする。
形態形成運動を時空間レベルで制御する三量体Gタンパク質の活性化機構

布施直之

2006年～ 2007年

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発生過程において、細胞は集団となってダイナミックに形を変え移動する。このような形態形成運動では、個々の細胞の運動は時空間レベルで厳密に制御されなければならない。単独の細胞の運動において、三量体Gタンパク質(Gタンパク質)を介したシグナル伝達は重要な役割を果たしている。しかし、形態形成運動におけるGタンパク質の役割は不明な点が多い。また最近、Ric8やGRKなどのGタンパク質活性調節因子が多数同定されてきた。しかし、それらの因子によるGタンパク質の活性調節が形態形成運動にどのような役割をもつのか、わかっていない。本研究は、ショウジョウバエの原腸陥入をモデルに、形態形成運動におけるGタンパク質の役割と活性化機構を明らかにすることを目的とする。 G蛋白質シグナルの負の調節因子Gprk2の変異では、Gα12が制御する細胞運動が異常に広がるとともに、その細胞運動も途中で止まっていた。さらに、Gα12シグナルの出力であるミオシンの局在を解析するために、ミオシン軽鎖とGFPの融合タンパク質を発現し、ミオシンの局在変化をライブイメージングから定量化した。Gprk2変異では、ミオシンの局在変化がより早く起こるものの、その蓄積は低下した。これらの結果は、Gprk2がシグナルを抑制し細胞運動の領域を規定するとともに、シグナルの効率的な蓄積にも寄与し細胞運動を完了するために重要な役割を果たすことを示唆している。今後、キナーゼ活性をもつGprk2の基質を同定し、Gprk2の役割を明らかにする。
神経幹細胞の非対称細胞分裂の研究

松崎文雄, 泉裕士, 布施直之

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas

研究機関：RIKEN

2002年～ 2005年

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本研究では、ショウジョウバエの突然変異の大規模スクリーニングにより、非対称分裂の働く因子を系統的に同定し、その知見をもとに、幹細胞の分裂、卵割、上皮細胞を制御する細胞極性を総合的に理解することを目的とする。ショウジョウバエの神経幹細胞は、それ自身とより小さい姉妹細胞に非対称に分裂する。その際、神経の運命決定因子である転写因子ProsperoやNotchシグナルの制御因子Numbを姉妹細胞である神経前駆細胞に不等分配する。Prosperoを直接結合し、その非対称な細胞内分布と不等分配を規定するアダプター分子Mirandaの細胞内局在を指標として、神経幹細胞の非対称性に異常をきたす突然変異を系統的にスクリーニングした。その結果、X染色体と第2染色体に関して計10遺伝子座のMiranda局在異常変異を分離することができた。このなかで、本研究で新たに分離された変異は、 1)運命決定因子の不等分配は正常だが、娘細胞のサイズが等しくなる変異(4系統、2遺伝子座)。 2)神経幹細胞は正常な極性を保ち、分裂軸の方位がその極性と一致しない変異体(5系統3遺伝子座) 3)神経幹細胞は正常な非対称分裂を行うが、その方向がランダムになる変異(1系統) 4)運命決定因子の細胞内非対称局在に異常をきたす突然変異(2系統2遺伝子座)。の4種である。(1)の変異体の原因遺伝子は3量体Gタンパクのβおよびγサブユニットをコードする遺伝子であることが判明し、細胞のサイズの非対称性には3量体Gタンパクシグナルがかかわることが明らかになった。また、(2)の遺伝子座のひとつは、成虫の脳の構造に異常をきたす変異の原因遺伝子mushroom body defect(mud)であることが判明し、分裂軸と細胞極性のカップリングに働くしくみの一端が明らかになった。
非対称細胞分裂:細胞の非対称性から多様性を形成する機構の解析

松崎文雄, 泉裕士, 布施直之

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (S)

2001年～ 2005年

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本研究では、ショウジョウバエの突然変異の大規模スクリーニングにより、非対称分裂の働く因子を系統的に同定し、その知見をもとに、幹細胞の分裂、卵割、上皮細胞を制御する細胞極性を総合的に理解することを目的とする。ショウジョウバエの神経幹細胞は、それ自身とより小さい姉妹細胞に非対称に分裂する。その際、神経の運命決定因子である転写因子ProsperoやNotchシグナルの制御因子Numbを姉妹細胞である神経前駆細胞に不等分配する。Prosperoを直接結合し、その非対称な細胞内分布と不等分配を規定するアダプター分子Mirandaの細胞内局在を指標として、神経幹細胞の非対称性に異常をきたす突然変異を系統的にスクリーニングした。その結果、X染色体と第2染色体に関して計10遺伝子座のMiranda局在異常変異を分離することができた。このなかで、本研究で新たに分離された変異は、 1)運命決定因子の不等分配は正常だが、娘細胞のサイズが等しくなる変異(4系統、2遺伝子座)。 2)神経幹細胞は正常な極性を保ち、分裂軸の方位がその極性と一致しない変異体(5系統3遺伝子座) 3)神経幹細胞は正常な非対称分裂を行うが、その方向がランダムになる変異(1系統) 4)運命決定因子の細胞内非対称局在に異常をきたす突然変異(2系統2遺伝子座)。の4種である。(1)の変異体の原因遺伝子は3量体Gタンパクのβおよびγサブユニットをコードする遺伝子であることが判明し、細胞のサイズの非対称性には3量体Gタンパクシグナルがかかわることが明らかになった。また、(2)の遺伝子座のひとつは、成虫の脳の構造に異常をきたす変異の原因遺伝子mushroom body defect(mud)であることが判明し、分裂軸と細胞極性のカップリングに働くしくみの一端が明らかになった。
神経幹細胞の非対称分裂に関与する遺伝子群の探索

布施直之

2001年～ 2002年

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ショウジョウバエの神経幹細胞は、非対称分裂を研究するよいモデルである。胚発生の時期に、神経幹細胞は表皮面に対して垂直方向に分裂し、大きさの異なる2つの娘細胞を生む。小さい娘細胞は神経前駆細胞の性質を獲得し、大きい娘細胞は元の幹細胞の性質を維持する。今までに、前駆細胞側への運命決定因子の分配などが明らかとなってきた。しかし、娘細胞の大きさの非対称性など、未解明の問題も多い。本研究は、大規模なスクリーニングから、神経幹細胞の非対称分裂に異常が起こる突然変異を同定し、非対称分裂のメカニズムを明らかにすることを目的とした。ethylmethane sulphonateを変異原として用いて、点突然変異を誘導し、劣性致死変異系統を作製した。運命決定因子のアダプター蛋白質Mirandaを指標にスクリーニングを行った。2100系統中6系統で、神経幹細胞の非対称分裂に異常が観察された。その内の1つは、既知のdiscs largeの変異系統であることがわかった。その他に、分裂軸が規定できない変異、Mirandaの局在と分裂軸が協調できない変異3系統、同じ大きさの娘細胞に等分裂する突然変異を同定した。この中から、同じ大きさの娘細胞に等分裂する突然変異に注目し、さらなる解析を行った。変異の神経幹細胞の分裂における微小管を観察したところ、本来起こる紡錘体の大きさの非対称性が失われ、両極とも安定した微小管を形成していた。ゲノムDNAの解析から、この突然変異の原因遺伝子は、三量体G蛋白質のβサブユニットをコードする、Gβ13F遺伝子であることがわかった。Gβ13Fの過剰発現は、分裂時の微小管の形成を阻害した。これらの結果から、極性をもった三量体G蛋白質のシグナルが微小管の形成に非対称性をつくり、非対称な紡錘体によって神経幹細胞が不等分裂していると考えられる。
細胞分裂に伴う転写因子の非対称分配の解析

松崎文雄, 布施直之, 大城朝一

2000年～ 2000年

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ショウジョウバエの神経幹細胞は、非対称に分裂する際、神経の運命決定因子である転写因子ProsperoやNotchシグナルの制御因子Numbを姉妹細胞に不等分配する。本研究では、そのメカニズムと背後にある細胞極性の分子実体を明らかにすることを目標とした。Prosperoのアダプター分子であるMirandaの細胞内局在をを指標として、神経幹細胞の非対称性を制御する因子を系統的に検索することを行った。その結果、がん抑制遺伝子giant larvae(lgl)及びdiscs large(dlg)の変異体で、Mirandaが神経幹細胞とその姉妹細胞に等しく分配されることが判明した。分子遺伝学的解析の結果次のことを我々は明らかにした。 1)この二つの遺伝子の変異体では、神経幹細胞の非対称分裂に際し、Mirandaはもとより、同様に不等分配されるNotchシグナルの抑制因子Numbも等分配されてしまう。従って、両者は、今まで知られている全ての神経運命決定因子の局在に必要とされる。 2)二つのがん抑制遺伝子は神経幹細胞の細胞表層に分布し、機能する。 3)両がん抑制因子の関係については、dlgがlglの局在に必要とされることから、dlgがlglの上位に位置すると考えられる。 4)lglの温度感受性変異株を用いた実験により、神経幹細胞の分裂期の開始後、まさに運命決定因子・アダプター分子複合体がbasal側に局在する過程にlglが機能する。 5)遺伝的な解析と薬理学的な方法から、lglは複数のmyosin分子種の活性を制御することにより、運命決定因子・アダプター分子複合体の細胞表層への局在に働くことが示唆された。
発生における非対称分裂の解析

松崎文雄, 布施直之, 大城朝一

2000年～ 2000年

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ショウジョウバエの神経幹細胞は、それ自身と姉妹細胞に非対称に分裂する際、神経の運命決定因子である転写因子ProsperoやNotchシグナルの制御因子Numbを姉妹細胞に不等分配する。これらの因子の不等分配は神経細胞の運命決定に必須なプロセスであり、本研究では、そのメカニズムと背後にある細胞極性の分子実体を明らかにすることを目標にしている。神経幹細胞の分裂に際して、アダプター分子であるMirandaがProsperoに直接結合し、その細胞内分布と不等分配を規定することを我々は明らかにしているが、そのMirandaの細胞内局在をを指標として、神経幹細胞の非対称性を制御する因子を系統的に検索することを行った。その結果、Mirandaが神経幹細胞とその姉妹細胞に等しく分配される突然変異をいくつか同定した。そのうち、ひとつについては、ショウジョウバエに脳腫瘍を引き起こすことが知られていたがん抑制遺伝子giant larvae(lgl)が原因遺伝子であることを突き止めた。さらに、他のがん抑制遺伝子を検索したところ、同じく脳腫瘍の原因遺伝子として知られるdiscs large(dlg)遺伝子の変異がlglと同一の表現型を示すことが判明した。両者は神経幹細胞の細胞表層に分布し、ProsperoとNumbの不等分配の両方に必要とされる。これらの事実から、これまでに知られている全ての神経運命決定因子を局在させる共通なプロセスが神経幹細胞には存在し、そこにdlg,lglが機能することが明らかにされた。遺伝的、および薬理学的な解析からは、lglが複数のmyosin分子種の活性を制御することにより、運命決定因子・アダプター分子複合体の細胞表層への局在に働くことが示唆される。この研究から、神経細胞の運命決定、分化因子の細胞内局在、がん抑制という従来関連が知られていなかった三つの現象に接点が見出された。
非対称細胞分裂と細胞極性の形成機構

松崎文雄, 布施直之, 大城朝一

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B).

研究機関：Tohoku University

1999年～ 2000年

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ショウジョウバエの神経幹細胞は、それ自身と姉妹細胞に非対称に分裂する際、神経の運命決定因子である転写因子ProsperoやNotchシグナルの制御因子Numbを姉妹細胞に不等分配する。これらの因子の不等分配は神経細胞の運命決定に必須なプロセスであり、本研究では、そのメカニズムと背後にある細胞極性の分子実体を明らかにすることを目標にしている。神経幹細胞の分裂に際して、アダプター分子であるMirandaがProsperoに直接結合し、その細胞内分布と不等分配を規定することを我々は明らかにしているが、そのMirandaの細胞内局在をを指標として、神経幹細胞の非対称性を制御する因子を系統的に検索することを行った。その結果、Mirandaが神経幹細胞とその姉妹細胞に等しく分配される突然変異をいくつか同定した。そのうち、ひとつについては、ショウジョウバエに脳腫瘍を引き起こすことが知られていたがん抑制遺伝子giant larvae(lgl)が原因遺伝子であることを突き止めた。さらに、他のがん抑制遺伝子を検索したところ、同じく脳腫瘍の原因遺伝子として知られるdiscs large(dlg)遺伝子の変異がlglと同一の表現型を示すことが判明した。両者は神経幹細胞の細胞表層に分布し、ProsperoとNumbの不等分配の両方に必要とされる。これらの事実から、これまでに知られている全ての神経運命決定因子を局在させる共通なプロセスが神経幹細胞には存在し、そこにdlg,lglが機能することが明らかにされた。遺伝的、および薬理学的な解析からは、lglが複数のmyosin分子種の活性を制御することにより、運命決定因子・アダプター分子複合体の細胞表層への局在に働くことが示唆される。この研究から、神経細胞の運命決定、分化因子の細胞内局在、がん抑制という従来関連が知られていなかった三つの現象に接点が見出された。

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