Research Projects -
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ウーパールーパーの四肢再生における分化リプログラミング因子の機能解析
2021.04 - 2022.03
山陽放送学術文化･スポーツ振興財団
Grant amount：\300000 （ Direct expense: \300000 ）
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瘢痕を残さない皮膚再生メカニズム
2021.04 - 2022.03
小柳財団
Authorship：Principal investigator
Grant amount：\1000000 （ Direct expense: \1000000 ）
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四肢再生における分化リプログラミング＆発生プログラム再起動を司る遺伝子機能
Grant number：20H03264 2020.04 - 2024.03
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B) 基盤研究(B)
佐藤 伸
Grant amount：\17680000 （ Direct expense: \13600000 、 Indirect expense：\4080000 ）
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Induction of Intercalary regeneration in chicken limb buds
Grant number：17K19400 2017.06 - 2019.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Challenging Research (Exploratory) Challenging Research (Exploratory)
SATOH AKIRA
Grant amount：\6500000 （ Direct expense: \5000000 、 Indirect expense：\1500000 ）
Our previous studies clearly shown that Fgf2+Fgf8+Bmp7 are the regeneration inducers in urodele amphibians. The identified regeneration inducers can induce regeneration responses in varied organs and multiple species. In the present study, we tried to apply our defined molecules onto chicken limb buds in order to withdraw potential regeneration ability. Amphibian limb regeneration takes so called a intercalation mechanism. Chicken limb buds do not have the intercalary regeneration mechanism. However, we demonstrated that the ectopic Fgf2+Fgf8 expression in a chicken limb bud resulted in induction of interacalary responses. We also performed cell lineage analysis using a chick-quail chimera analysis. Our results indicate that the conserved regeneration mechanism can induced by Fgf2+Fgf8 inputs even in non-regenerative animals.
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四肢再生全般を支配する神経因子の解明と再生不能(不全)動物への応用
Grant number：17H03685 2017.04 - 2021.03
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B) 基盤研究(B)
佐藤 伸
Grant amount：\17160000 （ Direct expense: \13200000 、 Indirect expense：\3960000 ）
両生類の四肢再生では神経が不可欠な役割を果たすことが明らかであったが、確実な分子実体が明かされることはなかった。四肢再生において神経は「再生の開始」と「パターンの再形成」を制御している。我々は、当該分野の長年の悲願であった「再生の開始」を支配する神経因子（FGF+BMP）の同定に成功した。しかし尚、「パターンの再形成」を制御する神経因子はいまだ謎である。本研究内では、これまでに明らかにした成果を基に、パターンの再形成を支配する神経因子の同定を試みる。さらに、同定する因子を操作することで、再生不全動物（アフリカツメガエル）および再生不能動物（ニワトリ胚）において四肢再生の誘導と完遂に挑むことを目的にしている。本実験期間では後根神経節における神経因子の阻害実験とアフリカツメガエルにおける再生誘導実験を行った。後根神経節における遺伝子機能阻害は長鎖の二本鎖RNAの導入によって行った。この方法はプラナリアで確立された方法であり、兵庫県立大学の協力によって手法を確立した。後根神経節による当該遺伝子の阻害は再生能力を損なわせるものであることから、同定済み遺伝子が神経因子である事の確実な証拠として考えられる。アフリカツメガエルの実験においては神経因子として確立した遺伝子のエレクトロポレーションによる導入を行った。期待したほどに効果は出なかったが幾分かの再生構造の改善は観察された。両者ともに本報告書を書くまでに論文として報告しており、順調な進捗を示す。副産物として外鰓の再生の解析を進めており、こちらも同定した再生誘導物質が効果を発揮することが明らかになってきた。加えて歯の再生も同様のメカニズムで駆動されることも明らかになりつつあり、同定した再生誘導物質の普遍性がより強固に支持されるだけではなく、同定済みの物質の学術的に確実性も担保されると考えられる。
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Study of fundamental organ regeneration system
Grant number：15K14560 2015.04 - 2017.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
satoh akira
Grant amount：\3900000 （ Direct expense: \3000000 、 Indirect expense：\900000 ）
In our previous study, we found that BMP7+FGF2+FGF8 can induce limb regeneration. This protein cocktail is actually the limb regeneration inducer in some species. We applied our-defined protein cocktail into other organs. Eye (lens) and tail regeneration were focused. We found that BMP7+FGF2+FGF8 application could induce tail regeneration in urodele amphibians. Regarding to the lens regeneration in an axolotl, the protein combination could induce lens regeneration with very low success rate. However, due to the low induction rate, we still need further confirmation on this point. The detail molecular mechanism, which underlies general organ regeneration ability, has still been unknown.However, the results in the present study successfully provides fundamental insights. We are heading further investigation to identify the molecular entities of organ regeneration ability.
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Determination of regeneration inducers in urodele amphibians
Grant number：26711015 2014.04 - 2018.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (A) Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
satoh akira
Grant amount：\21320000 （ Direct expense: \16400000 、 Indirect expense：\4920000 ）
This study aims for identification of nerve molecules, which regulate blastema induction phase in amphibian limb regeneration. It has been well described that nerve plays an essential roles in blastema induction. However, identification of nerve factors had not been achieved over 190 years. We approached this issue with a brand-new experimental model called the accessory limb model, which we established recently. What we found in this study was that Fibroblast growth factors (Fgfs) and Bone morphogenic protein (Bmp) could substitute for nerve roles in blastema induction. Moreover, we demonstrated that our defined molecules can induce organ-level regeneration in multiple organs and species.
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両生類四肢再生開始メカニズムの確定とその応用への可能性の探索
Grant number：25124707 2013.04 - 2015.03
日本学術振興会 科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型) 新学術領域研究(研究領域提案型)
佐藤 伸
Grant amount：\11700000 （ Direct expense: \9000000 、 Indirect expense：\2700000 ）
有尾両生類は四肢と言う非常に複雑な器官を再生できるが、我々高等脊椎動物は四肢のような複雑な器官はもとより、構造的には比較的単純な器官でさえ再生させることができない。有尾両生類の四肢再生機構を解明し、その機構を高等脊椎動物に応用することが最終的なゴールになる。
本研究提案内では、先年度目算を付けた再生誘導物質の特定とその応用に焦点を当てている。過剰肢付加モデルと言う世界でも我々しか持たない技術を使用し、再生物質の特定に努めた。結果、FGF2,FGF8,BMP2（７）という3物質が再生誘導物質として確定できることを発見した。皮膚の損傷部に、上記FGF2+FGF8+BMP2を添加することで、有尾両生類（メキシコサラマンダー＆イモリ）で四肢の再生反応を引き起こせることに成功した。FGF2+BMP7、FGF8+BMP7と言った2因子でも再生の誘導は可能ではあったが、その誘導効率は著しい減退を示した。また、BMP4+FGF2+FGF8は全くの効果を持たないことも明らかになった。これらの効果の差は、今後下流因子の関与などの解析するうえでの礎になるものだといえるだろう。この成果は、我々が発見した再生誘導物質が単にメキシコサラマンダーと言う単一種で通用するものではなく、比較的範囲の広い動物に使用できる可能性を提示しているものと考える事ができる。本研究提案内では、損傷部に長期間目的タンパク質を留まらせるための「キャリアー」の改善も行い、今後の他動物（高等脊椎動物）への応用を睨んだ予備的データの収集も行えたことは隠れた大きな成果だと考えられる。 -
皮膚繊維芽細胞が多分化能を獲得する分子メカニズムの解明
Grant number：23124508 2011.04 - 2013.03
日本学術振興会 科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型) 新学術領域研究(研究領域提案型)
佐藤 伸
Grant amount：\11180000 （ Direct expense: \8600000 、 Indirect expense：\2580000 ）
両生類は四肢を再生できるが、高等脊椎動物は再生できない。この差異はいったい何に起因するのか長い間不明な事項であり、この問題に対する答えはこの分野にとって非常に大きな貢献になる。また、当領域において高等脊椎動物にも相通じる共通の再生原理を見つけることが大切であることから、何が両生類において四肢再生の惹起を担うのかを明らかにすることは大きな意義があると考える。これまでの研究において、四肢再生に必要な四肢の構成成分は「皮膚」と「神経」であることを明らかにした。皮膚の損傷だけでは単純に皮膚の修復が起こるのみである。しかし、皮膚損傷部に神経を遊走させた場合、皮膚修復に替えて、四肢の再生反応が惹起される。これら一連の事項のまとめをまず行いレビュー誌として発表した。このレビューは今までの我々の発見を網羅するもので、考えを整理するうえで大きな成果であると確信している。
再生反応は「皮膚損傷 + 神経 ＝ 再生」という“再生方程式”で説明できる。この再生方程式を解くため、我々が有する次世代シーケンサーの情報を集約・解析した。その結果、Tgf-bシグナリングの関与を疑うに至った。これまでに他研究で、再生開始にFGF-signalingが重要な働きをしていることは報告してあったが、それだけでは不足であることも合わせて判明していた。そこで加算的な働きをする因子を探していたところ、Tgf-bスーパーファミリー因子の中のGdf5の働きを見出すに至った。このGdf5をFGF-Signalingに加えることで、上記再生方程式の「神経」の部分の回答になりうることを発見した。この知見を高等脊椎動物に生かすべく、現在アフリカツメガエルに応用している最中である。すでに、上記再生方程式が適用できることは見出しており、現在論文にまとめている最中である。今後も随時高等脊椎動物への応用を試みる。 -
regulations of muscle cells in limb regeneration in axolotl limb regeneration
Grant number：23770252 2011 - 2013
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B) Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
SATOH Akira
Grant amount：\4550000 （ Direct expense: \3500000 、 Indirect expense：\1050000 ）
It has been believed that regenerated limb must be consisted of limb derived cells. But recent our studies imply that muscle cells are not in the case. To investigate whether non-limb derived muscle cells can participate into limb regeneration, we improved our novel experimental system, called the accessory limb model. The improved accessory limb model is an ideal experimental system to investigate limb regeneration. We first revealed dynamics of expression of muscle marker genes. Then, we tested whether tail muscle (non-limb origin) cells could participate into limb regeneration. Our results indicate that non-limb derived muscle cells makes limb muscles in limb regeneration as we expected. Those results are quite useful and insightful for understanding limb regeneration. moreover, our knowledge can provide a novel insights into limb muscle evolution.
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first step for limb regeneration in higher vertebrates
Grant number：21870027 2009 - 2010
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Research Activity start-up Grant-in-Aid for Research Activity start-up
SATOU Akira
Grant amount：\2756000 （ Direct expense: \2120000 、 Indirect expense：\636000 ）
We were analyzing about limb regeneration in higher vertebrates. It was not described what happened after limb bud amputation in higher vertebrates. We first described events after limb bud amputation at histology and molecular level. Then we compared regenerative events in an amphibian and a chick. And we know AEC (apical epithelial cap) in an axolotl is the key of amphibian limb regeneration. Therefore, we next focused on AER (Apical epidermal ridge) since AER has been considered to be a functionally similar structure with the AEC. We found that AER was re-inducible after wounding by Wnt2b and Fgf-signaling. Our findings can be thought as a first step for mammalian limb regeneration.