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研究内容

進化と発生の間にはどのような法則が存在するのか?

多種多様な姿を見せる脊椎動物は、二つの意味において、単一の細胞から生まれました。
一つは進化です。太古の昔の単細胞生物が、数億年以上の時間の果てに、現在見られる様々な多細胞動物へと進化しました。
もう一つは発生です。動物の発生は、基本的に1つの受精卵から始まり、多くの細胞からなる複雑な体を作り上げます。

進化と発生は大きく異なる時間スケールの現象ですが、両者の間には何らかの関係性が存在することが昔から指摘されてきました(ヘッケルの反復説や発生砂時計モデルなど)。
そして現在でも、進化と発生の間にはどのような関係性や法則があるかは進化発生学の中心テーマの1つです。

進化と発生の関係性は、表現型の進化可能性や制約に関わる重要な問題ですが、未解明の謎が多く残されています。
私は共同研究者とともに、ゲノム・トランスクリプトーム・エピゲノム解析などのバイオインフォマティクスや分子生物学実験といった様々なアプローチを用いて、この問題に取り組んでいます。
特に脊椎動物の進化と発生に着目し、以下の研究テーマを進めています。

  • エピジェネティック制御における進化と発生の反復パターンとそのメカニズムの解明
  • 発生過程において、なぜ器官形成期 (ファイロティピック段階) は強く保存されているのか?
  • エピジェネティック制御の反復パターンと遺伝子発現の発生砂時計モデルの統合と実験的検証

上坂 将弘


東北大学 大学院生命科学研究科
動物発生分野 (田村研究室)

助教

〒980-8578 宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉6-3

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発表論文・出版物

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発表論文・出版物

PEER-REVIEWED PUBLICATIONS

*corresponding author; #equal contributions

Distinguishing Evolutionary Conservation from Derivedness.
Jason Cheok Kuan Leong*, Masahiro Uesaka, Naoki Irie*. 
Life. (2022). 12(3), 440. doi:10.3390/life12030440.

Derivedness Index for Estimating Degree of Phenotypic Evolution of Embryos: A Study of Comparative Transcriptomic Analyses of Chordates and Echinoderms.
Jason Cheok Kuan Leong*, Yongxin Li, Masahiro Uesaka, Yui Uchida, Akihito Omori, Meng Hao, Wenting Wan, Yang Dong, Yandong Ren, Si Zhang, Tao Zeng, Fayou Wang, Luonan Chen, Gary Wessel, Brian T. Livingston, Cynthia Bradham, Wen Wang, Naoki Irie*. 
Frontiers in Cell and Developmental Biology. (2021). 9:749963. doi: 10.3389/fcell.2021.749963.

MeCP2 controls neural stem cell fate specification through miR-199a-mediated inhibition of BMP–Smad signaling.
Hideyuki Nakashima, Keita Tsujimura*, Koichiro Irie, Takuya Imamura, Cleber A. Trujillo, Masataka Ishizu, Masahiro Uesaka, Miao Pan, Hirofumi Noguchi, Kanako Okada, Kei Aoyagi, Tomoko Andoh-Noda, Hideyuki Okano, Alysson R. Muotri, Kinichi Nakashima*. 
Cell Reports. (2021).18;35(7):109124. doi: 10.1016/j.celrep.2021.109124.

The developmental hourglass model and recapitulation: An attempt to integrate the two models.
Masahiro Uesaka*, Shigeru Kuratani, Naoki Irie.
Journal of Experimental Zoology Part B. (2021). 1– 11. https://doi.org/10.1002/jez.b.23027

How can recapitulation be reconciled with modern concepts of evolution?
Shigeru Kuratani*, Masahiro Uesaka, Naoki Irie. 
Journal of Experimental Zoology Part B. (2020). 1– 8. https://doi.org/10.1002/jez.b.23020

Genomic insights of body plan transitions from bilateral to pentameral symmetry in Echinoderms. 
Yongxin Li, Akihito Omori, Rachel L. Flores, Sheri Satterfield, Christine Nguyen, Tatsuya Ota, Toko Tsurugaya, Tetsuro Ikuta, Kazuho Ikeo, Mani Kikuchi, Jason C. K. Leong, Adrian Reich, Meng Hao, Wenting Wan, Yang Dong, Yaondong Ren, Si Zhang, Tao Zeng, Masahiro Uesaka, Yui Uchida, Xueyan Li, Tomoko F. Shibata, Takahiro Bino, Kota Ogawa, Shuji Shigenobu, Mariko Kondo, Fayou Wang, Luonan Chen, Gary Wessel, Hidetoshi Saiga, R. Andrew Cameron, Brian Livingston, Cynthia Bradham, Wen Wang*, Naoki Irie*. 
Communications Biology. (2020). 3, 371. doi:https://doi.org/10.1038/s42003-020-1091-1

Recapitulation-like developmental transitions of chromatin accessibility in vertebrates.
Masahiro Uesaka*
, Shigeru Kuratani, Hiroyuki Takeda, Naoki Irie. 
Zoological Letters. (2019). 5, 33. doi:10.1186/s40851-019-0148-9.

Embryonic lethality is not sufficient to explain hourglass-like conservation of vertebrate embryos.
Yui Uchida*, Masahiro Uesaka, Takayoshi Yamamoto, Hiroyuki Takeda, Naoki Irie*. 
EvoDevo. (2018). 9:7. https://doi.org/10.1186/s13227-018-0095-0

Constrained vertebrate evolution by pleiotropic genes.
Haiyang Hu#, Masahiro Uesaka#, Song Guo#, Kotaro Shimai, Tsai-Ming Lu, Fang Li, Satoko Fujimoto, Masato Ishikawa, Shiping Liu, Yohei Sasagawa, Guojie Zhang, Shigeru Kuratani, Jr-Kai Yu, Takehiro G. Kusakabe, Philipp Khaitovich, Naoki Irie*. 
Nature Ecology & Evolution. (2017). Nov;1(11):1722-1730.

Evolutionary acquisition of promoter-associated non-coding RNA (pancRNA) repertoires diversifies species-dependent gene activation mechanisms in mammals. 
Masahiro Uesaka, Kiyokazu Agata, Takao Oishi, Kinichi Nakashima, Takuya Imamura*.
BMC Genomics. (2017). 18, 285.

miR-199a Links MeCP2 with mTOR Signaling and Its Dysregulation Leads to Rett Syndrome Phenotypes.
Keita Tsujimura, Koichiro Irie, Hideyuki Nakashima, Yoshihiro Egashira, Yoichiro Fukao, Masayuki Fujiwara, Masayuki Itoh, Masahiro Uesaka, Takuya Imamura, Yasukazu Nakahata, Yui Yamashita, Takaya Abe, Shigeo Takamori, Kinichi Nakashima*. 
Cell Reports. (2015). 12, 1-15.

Gene activation-associated long noncoding RNAs function in mouse preimplantation development.
Nobuhiko Hamazaki, Masahiro Uesaka, Kinichi Nakashima, Kiyokazu Agata, Takuya Imamura*.
Development. (2015). 140, 910-920.

Bidirectional promoters are the major source of gene activation-associated non-coding RNAs in mammals.
Masahiro Uesaka
, Osamu Nishimura, Yasuhiro Go, Kinichi Nakashima, Kiyokazu Agata, Takuya Imamura*. 
BMC Genomics. (2014) 15, 35.

Epigenetic setting and reprogramming for neural cell fate determination and differentiation.
Takuya Imamura, Masahiro Uesaka, Kinichi Nakashima*.
Philosophical Transactions of The Royal Society B. (2014). 369, 20130511

Cell- to Species-Level Diversity of Epigenetic Setting for Androgen Receptor Expression in Mammals.
Masahiro Uesaka, Takuya Imamura*.
Journal of Steroids & Hormonal Science. (2012). Sci S2:004. doi:10.4172/2157-7536.S2-004

Single-stranded noncoding RNAs mediate local epigenetic alterations at genepromoters in rat cell lines.
Junko Tomikawa, Hiroko Shimokawa, Masahiro Uesaka, Naoki Yamamoto, Yuji Mori, Hiroko Tsukamura, Kei-ichiro Maeda, Takuya Imamura*.
Journal of Biological Chemistry. (2011). 286, 34788–34799.

BOOK CHAPTERS

Chapter 4 - Roles of Epigenetics in the Neural Stem Cell and Neuron. 
Naoki Yamamoto, Masahiro Uesaka, Takuya Imamura, Kinichi Nakashima*.
In Epigenetics in Psychiatry (2nd edition). Edited by: Jacob Peedicayil, Dennis Grayson, Dimitri Avramopoulos. 
Elsevier Academic Press. (2021). Pages 53-84, ISBN: 9780128235775

Chapter 4 - Roles of Epigenetics in the Neural Stem Cell and Neuron. 
Naoki Yamamoto, Masahiro Uesaka, Takuya Imamura, Kinichi Nakashima*.
In Epigenetics in Psychiatry. Edited by: Jacob Peedicayil, Dennis Grayson, Dimitri Avramopoulos. 
Elsevier Academic Press. (2014). Pages 51-78, ISBN: 9780124171145

MISC.

Beyond recapitulation: Past, present, and future.
Masahiro Uesaka
*, Naoki Irie*.
Journal of Experimental Zoology Part B. (2022). 9– 12. https://doi.org/10.1002/jez.b.23116

In the Spotlight–Postdoc.
Masahiro Uesaka

Journal of Experimental Zoology Part B. (2020). 1– 2. https://doi.org/10.1002/jez.b.23003

ニュース

  • September 2022: 東北大学 大学院生命科学研究科 動物発生分野に異動しました。
  • April 2022: 科研費・若手研究が採択されました。
  • March 2022: 東京大学の入江研との共同総説論文 "Distinguishing Evolutionary Conservation from Derivedness"を Lifeに発表しました。
  • January 2022: 東京大学の入江准教授と共同で企画編纂した特集号 "Beyond Recapitulation; Past, preset, and future"がJournal of Experimental Zoology Part Bから出版されました。進化と発生の関係性に興味がある全ての方が必読の内容になっております。
  • November 2021: 東京大学の入江研との共同研究論文 "Derivedness Index for Estimating Degree of Phenotypic Evolution of Embryos: A Study of Comparative Transcriptomic Analyses of Chordates and Echinoderms"を Frontiers in Cell and Developmental Biologyに発表しました。
  • August 2021: The 2nd AsiaEvo Conferenceにて、口頭発表を行いました。
  • May 2021: 九州大学の中島研との共同研究論文 "MeCP2 controls neural stem cell fate specification through miR-199a-mediated inhibition of BMP-Smad signaling"をCell Reportsに発表しました。
  • May 2021: Zoological Lettersに発表した論文 "Recapitulation-like developmental transitions of chromatin accessibility in vertebrates"が、iestoryにて取り上げられました。