Transcriptomic analysis reveals differences in the regulation of amino acid metabolism in asexual and sexual planarians

Abstract Many flatworms can alternate between asexual and sexual reproduction. This is a powerful reproductive strategy enabling them to benefit from the features of the two reproductive modes, namely, rapid multiplication and genetic shuffling. The two reproductive modes are enabled by the presence of pluripotent adult stem cells (neoblasts), by generating any type of tissue in the asexual mode, and producing and maintaining germ cells in the sexual mode. In the current study, RNA sequencing (RNA-seq) was used to compare the transcriptomes of two phenotypes of the planarian Dugesia ryukyuensis: an asexual OH strain and an experimentally sexualized OH strain. Pathway enrichment analysis revealed striking differences in amino acid metabolism in the two worm types. Further, the analysis identified serotonin as a new bioactive substance that induced the planarian ovary de novo in a postembryonic manner. These findings suggest that different metabolic states and physiological conditions evoked by sex-inducing substances likely modulate stem cell behavior, depending on their different function in the asexual and sexual reproductive modes. The combination of RNA-seq and a feeding assay in D. ryukyuensis is a powerful tool for studying the alternation of reproductive modes, disentangling the relationship between gene expression and chemical signaling molecules

The Dugesia ryukyuensis Database as a Molecular Resource for Studying Switching of the Reproductive System

The planarian Dugesia ryukyuensis reproduces both asexually and sexually, and can switch from one mode of reproduction to the other. We recently developed a method for experimentally switching reproduction of the planarian from the asexual to the sexual mode. We constructed a cDNA library from sexualized D. ryukyuensis and sequenced and analyzed 8,988 expressed sequence tags (ESTs). The ESTs were analyzed and grouped into 3,077 non-redundant sequences, leaving 1,929 singletons that formed the basis of unigene sets. Fifty-six percent of the cDNAs analyzed shared similarity (E-value<1E -20) with sequences deposited in NCBI. Highly redundant sequences encoded granulin and actin, which are expressed in the whole body, and other redundant sequences encoded a Vasa-like protein, which is known to be a component of germ-line cells and is expressed in the ovary, and Y-protein, which is expressed in the testis. The sexualized planarian expressed sequence tag database (http://planaria.bio.keio.ac.jp/planaria/) is an open-access, online resource providing access to sequence, classification, clustering, and annotation data. This database should constitute a powerful tool for analyzing sexualization in planarians

Sex-inducing effects toward planarians widely present among parasitic flatworms

Summary Various parasitic flatworms infect vertebrates for sexual reproduction, often causing devastating diseases in their hosts. Consequently, flatworms are of great socioeconomic and biomedical importance. Although the cessation of parasitic flatworm sexual reproduction is a major target of anti-parasitic drug design, little is known regarding bioactive compounds controlling flatworm sexual maturation. Using the planarian Dugesia ryukyuensis, we observed that sex-inducing substances found in planarians are also widespread in parasitic flatworms, such as monogeneans and flukes (but not in tapeworms). Reverse-phase HPLC analysis revealed the sex-inducing substance(s) eluting around the tryptophan retention time in the fluke Calicophoron calicophorum, consistent with previous studies on the planarian Bipalium nobile, suggesting that the substance(s) is likely conserved among flatworms. Moreover, six of the 18 ovary-inducing substances identified via transcriptome and metabolome analyses are involved in purine metabolism. Our findings provide a basis for understanding and modifying the life cycles of various parasitic flatworms.journal articl

ショウジョウバエ始原生殖細胞におけるアポトーシス制御機構の解明

多細胞生物の体を構成する細胞は、体細胞と生殖細胞に大別できる。体細胞は、発生段階で様々な組織に分化し、個体の死とともにその役割を終える。一方、生殖細胞は有性生殖の過程を経て次世代へ受け継がれ、生命の連続性を担う。このような特殊な機能を担う生殖細胞の発生を制御する機構を明らかにすることは、発生生物学の中心課題の一つである。　多くの動物において、生殖細胞形成に必要な母性因子が生殖質と呼ばれる卵細胞質に局在することが知られている。ショウジョウバエの生殖質（極細胞質）は卵の後極に局在し、始原生殖細胞（極細胞）へ受け継がれる。この極細胞質に局在する母性因子の1つとして、nanos（nos） mRNAが知られている。母性nos mRNAにコードされるNosタンパク質の機能が失われると極細胞のアポトーシスが引き起こされる。さらに、Nosタンパク質は、マウスや線虫においても保存され、これらの動物種でも生殖細胞系列のアポトーシスを抑制する機能を持つ。したがって、この生殖細胞系列におけるアポトーシスの抑制が、Nosタンパク質の保存された機能であると考えられる。　これまでの研究から、Nosタンパク質は、極細胞中においてhead involution defective（hid） mRNAの翻訳を阻害することによってアポトーシスを抑制することが明らかとなっている。hidは、アポトーシス誘導に関わるカスパーゼ活性を抑制するinhibitor of apoptosis（IAP）タンパク質に結合し不活性化するIAP結合タンパク質をコードする。hidの機能欠損型突然変異によりNosタンパク質を欠く極細胞（nos極細胞）のアポトーシスがほぼ完全に抑制されるので、hidはnos極細胞におけるアポトーシス誘導において主要な役割を担っていると考えられる。正常胚発生過程において、hid mRNAは、生殖巣へと移動中の極細胞中で転写される。このことは、潜在的にアポトーシスをおこなう能力が極細胞に備わっていることを示唆している。本研究では、極細胞のアポトーシスの役割を明らかにするために、極細胞中においてhid 発現に関わる遺伝子の探索をおこない、以下の諸点を明らかにした。1) 極細胞中のhidの発現に、tumor necrosis factor ligand（TNF）スーパーファミリーリガンドホモログをコードするeiger（egr）遺伝子が必要であることを見いだした。egrは胚発生ステージ9のみで極細胞中で発現し、この発現にはdecapetaplegic（dpp）遺伝子が関与することも明らかにした。dppは極細胞に隣接した体細胞で発現し、極細胞中でDppシグナル経路を活性化する。さらに、極細胞中におけるhidの発現にdppも関与することが明らかになった。以上の知見は、体細胞からのDppシグナルにより、極細胞中でegrが活性化し、その働きによりhidの発現が引き起こされることを示唆している。2) X線照射等のストレスにより誘導されるアポトーシスに関わるp53遺伝子、およびcheck point kinase 2（Chk2）ホモログをコードするloki（lok）遺伝子が、極細胞中におけるhidの発現に必要であることを明らかにした。X線を照射した胚において誘導されるhidの発現には、lok依存的なp53のリン酸化が関与することが示唆されており、極細胞中においてもlok依存的なp53のリン酸化がhid発現に必要と予想できる。p53は胚全体で発現が観察されるのに対して、母性lok mRNAとそのタンパク質は極細胞に偏在することから、母性Lokによりp53がリン酸化され、極細胞中でのhid発現に関与すると考えられる。3) 胚発生ステージ11の胚において、hidの発現とアポトーシスが頭部や顎の体節部等の体細胞で検出される。p53は胚期の体細胞全体で弱い発現が観察されることから、このhidの発現にもp53が関わるか否かを調べた。その結果、p53突然変異胚においても、体細胞におけるhidの発現に変化は見られなかった。この結果は、正常胚発生過程において体細胞でみられるhidの発現が、p53非依存的であることを示している。さらに、egr突然変異も体細胞におけるhidの発現に影響を与えることはなかった。以上の知見を総合すると、hidの発現は、極細胞特異的にp53とegrによって制御されていることを示している。4) egr、p53およびlokは極細胞中のhidの発現に必要であるが、それぞれの突然変異単独では、nos極細胞のアポトーシスを阻害することはできなかった。これは、各突然変異胚の極細胞中において、hidがわずかながら発現しているためと考えられる。また、egrと共にp53の機能を欠く場合でも同様に、極細胞におけるhidの発現が残存していることから、egrと共にp53の機能を欠くnos極細胞でもアポトーシスを抑制できないと予想できる。実際にはegr、p53、nosの３重突然変異を作製することができなかったため、この点に関して結論は出せないが、以上の結果は、p53とegrが関わる経路以外にもhidの発現を活性化する経路が存在する可能性を示唆している。　以上のように、アポトーシス誘導に中心的役割を果たすhidの発現は、極細胞質に偏在する母性因子の働きとともに、体細胞からの誘導により制御されていることが明らかとなった。Nosタンパク質は、hid mRNAの翻訳阻害によりアポトーシスを抑制するという機能以外にも、極細胞が体細胞に分化するのを抑制するという重要な機能を持つ。本研究で明らかにしたhidの発現機構は、Nosタンパク質が減少した場合に生じる｢異常な｣極細胞をすみやかに排除するための「品質管理機構」の一端を担っていると解釈できる。生殖細胞系列の細胞死は多くの動物で観察されるにもかかわらず、その制御機構は未だに解明されていない。Nosタンパク質は多くの動物で生殖細胞系列の細胞死を制御しており、本研究で明らかにした知見は、ショウジョウバエのみならず、他の動物における細胞死の制御機構、さらにその役割を解明する上で基礎になると考えている

A comprehensive comparison of sex-inducing activity in asexual worms of the planarian Dugesia ryukyuensis: the crucial sex-inducing substance appears to be present in yolk glands in Tricladida

Abstract Background Turbellarian species can post-embryonically produce germ line cells from pluripotent stem cells called neoblasts, which enables some of them to switch between an asexual and a sexual state in response to environmental changes. Certain low-molecular-weight compounds contained in sexually mature animals act as sex-inducing substances that trigger post-embryonic germ cell development in asexual worms of the freshwater planarian Dugesia ryukyuensis (Tricladida). These sex-inducing substances may provide clues to the molecular mechanism of this reproductive switch. However, limited information about these sex-inducing substances is available. Results Our assay system based on feeding sex-inducing substances to asexual worms of D. ryukyuensis is useful for evaluating sex-inducing activity. We used the freshwater planarians D. ryukyuensis and Bdellocephala brunnea (Tricladida), land planarian Bipalium nobile (Tricladida), and marine flatworm Thysanozoon brocchii (Polycladida) as sources of the sex-inducing substances. Using an assay system, we showed that the three Tricladida species had sufficient sex-inducing activity to fully induce hermaphroditic reproductive organs in asexual worms of D. ryukyuensis. However, the sex-inducing activity of T. brocchii was sufficient only to induce a pair of ovaries. We found that yolk glands, which are found in Tricladida but not Polycladida, may contain the sex-inducing substance that can fully sexualize asexual worms of D. ryukyuensis. Conclusions Our results suggest that within Tricladida, there are one or more common compounds or functional analogs capable of fully sexualizing asexual worms of D. ryukyuensis; namely, the crucial sex-inducing substance (hydrophilic and heat-stable, but not a peptide) produced in yolk glands

Long‐term treatment outcomes in gastric cancer with oligometastasis

Abstract Aim While surgery is essential for curative treatment of gastric cancer with oligometastasis, its target, timing, and possibility of combination with other treatments are unclear. We herein investigated the clinical course and long‐term outcomes of gastric cancer with oligometastasis in the real world setting to determine the optimal therapeutic strategy. Methods The present study retrospectively analyzed 992 patients who received any treatment for metastatic or recurrent gastric adenocarcinoma at Tokyo Metropolitan Komagome Hospital between 2007 and 2019. Oligometastasis was defined as any one of the following: liver metastases (HEP) <3; lung metastases (PUL) <3; unilateral adrenal gland metastasis (ADR); para‐aortic lymph node metastasis (PALN); or one, distant, lymph node metastasis, excluding the regional lymph nodes (LYM). Overall survival was compared by the characteristics and treatments for the oligometastasis, and univariate and multivariate analyses were used to identify the prognostic factors of overall survival. Results Ninety‐seven patients (9.8%) with the following metastasis sites were enrolled: HEP (n = 27), PUL (n = 2), ADR (n = 3), PALN (n = 55), and LYM (n = 10). The median survival time of the cohort was 22.8 months, and the five‐year overall survival rate was 28.4%. On multivariate analysis, chemotherapy for the initial treatment (hazard ratio [HR]: 0.438; p = 0.048), distal gastrectomy and/or metastasectomy (HR: 0.290; p = 0.001), and R0 resection (HR: 0.373; p = 0.005) were identified as independent, positive factors of overall survival. Conclusion The long‐term outcomes of gastric cancer in patients with oligometastasis may improve if treatment is begun with chemotherapy rather than surgery

Additional file 1: of A comprehensive comparison of sex-inducing activity in asexual worms of the planarian Dugesia ryukyuensis: the crucial sex-inducing substance appears to be present in yolk glands in Tricladida

Table S1.. Relationship between test worm and food in the experimental sexual induction. (PDF 71 kb

Prediction of postoperative inflammatory complications after esophageal cancer surgery based on early changes in the C-reactive protein level in patients who received perioperative steroid therapy and enhanced recovery after surgery care: a retrospective analysis

Abstract Background Serum C-reactive protein (CRP) level can be an indicator of the early stage of infectious complications. However, its utility in advanced esophageal cancer patients who receive radical esophagectomy with two- or three-field lymph node dissection with perioperative steroid therapy and enhanced recovery after surgery (ERAS) care is unclear. Methods The present study retrospectively examined 117 consecutive esophageal cancer patients who received neoadjuvant chemotherapy followed by radical esophagectomy. All patients received perioperative steroid therapy and ERAS care. The utility of the CRP value in the early detection of serious infectious complications (SICs) was evaluated based on the area under the receiver operating characteristic curve (AUC). Univariate and multivariate logistic regression analyses were performed to identify the risk factors for SICs. Results SICs were observed in 20 patients (17.1%). The CRP level on postoperative day (POD) 4 had superior diagnostic accuracy for SICs (AUC 0.778). The cut-off value for CRP was determined to be 4.0 mg/dl. A multivariate analysis identified CRP ≥ 4.0 mg/dl on POD 4 (odds ratio, 18.600; 95% confidence interval [CI], 4.610–75.200) and three-field lymph node dissection (odds ratio, 7.950; 95% CI, 1.900–33.400) as independent predictive factors. Conclusions CRP value on POD 4 may be useful for predicting SICs in esophageal cancer patients who receive radical esophagectomy with perioperative steroid therapy and ERAS care. This result may encourage the performance of imaging studies to detect the focus and thereby lead to the early medical and/or surgical intervention to improve short-term outcomes

Additional file 2: of A comprehensive comparison of sex-inducing activity in asexual worms of the planarian Dugesia ryukyuensis: the crucial sex-inducing substance appears to be present in yolk glands in Tricladida

Table S2. Dry weight of fractions derived from the cytosolic fraction. (PDF 69 kb