脆性星での腕の再生にはNotchシグナル伝達の活性化が必要であることがわかった

Active Notch signaling is required for arm regeneration in a brittle star.

• Vladimir Mashanov
• Jennifer Akiona
• Maleana Khoury
• Jacob Ferrier
• Robert Reid
• Denis Jacob Machado
• Olga Zueva
• Daniel Janies

抄録

細胞シグナル伝達経路は、発生における細胞イベントの調整に重要な役割を果たしています。Notchシグナル伝達経路は、すべての多細胞動物において高度に保存されており、増殖、分化、運命決定、細胞死を含む多様な細胞イベントの調整を行うことが知られている。このシグナル伝達経路の特定の機能は、しかしながら、高度に文脈依存的であり、よく外傷後の再生において特徴づけられていません。本研究では、低分子阻害剤(DAPT)を用いて、Notchシグナル伝達がエキノデルマの再生に必要であることを明らかにした。また、もろい星の再生においてNotchシグナルが制御する下流遺伝子の特徴を明らかにするために、トランスクリプトームワイド遺伝子発現解析（RNA-seq）を行った。その結果、腕の再生にはNotch経路と他の細胞シグナル伝達経路との間の広範なクロストークが関与していることを明らかにした。再生腕では、Notchは細胞外マトリックスの組成、細胞移動、増殖、アポトーシス、自然免疫応答の構成要素を制御している。また、Notchシグナルがいくつかのトランスポーザブルエレメントの活性を制御していることも初めて明らかにした。また、再生組織においてNotchがその活性を維持するメカニズムの一つとして、神経化1を抑制することが考えられます。

Cell signaling pathways play key roles in coordinating cellular events in development. The Notch signaling pathway is highly conserved across all multicellular animals and is known to coordinate a multitude of diverse cellular events, including proliferation, differentiation, fate specification, and cell death. Specific functions of the pathway are, however, highly context-dependent and are not well characterized in post-traumatic regeneration. Here, we use a small-molecule inhibitor of the pathway (DAPT) to demonstrate that Notch signaling is required for proper arm regeneration in the brittle star Ophioderma brevispina, a highly regenerative member of the phylum Echinodermata. We also employ a transcriptome-wide gene expression analysis (RNA-seq) to characterize the downstream genes controlled by the Notch pathway in the brittle star regeneration. We demonstrate that arm regeneration involves an extensive cross-talk between the Notch pathway and other cell signaling pathways. In the regrowing arm, Notch regulates the composition of the extracellular matrix, cell migration, proliferation, and apoptosis, as well as components of the innate immune response. We also show for the first time that Notch signaling regulates the activity of several transposable elements. Our data also suggests that one of the possible mechanisms through which Notch sustains its activity in the regenerating tissues is via suppression of Neuralized1.