Elucidation of the molecular basis and dynamics of cell competition that supports autonomy of mouse embryonic multicellular systems.

Planned Research

Project Area	Understanding multicellular autonomy by competitive cell-cell communications
Project/Area Number	21H05288
Research Category	Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Transformative Research Areas, Section (III)
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	佐々木洋大阪大学, 大学院生命機能研究科, 教授 (10211939)
Project Period (FY)	2021-09-10 – 2026-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help	¥128,310,000 (Direct Cost: ¥98,700,000、Indirect Cost: ¥29,610,000) Fiscal Year 2024: ¥23,400,000 (Direct Cost: ¥18,000,000、Indirect Cost: ¥5,400,000) Fiscal Year 2023: ¥23,530,000 (Direct Cost: ¥18,100,000、Indirect Cost: ¥5,430,000) Fiscal Year 2022: ¥23,530,000 (Direct Cost: ¥18,100,000、Indirect Cost: ¥5,430,000) Fiscal Year 2021: ¥34,060,000 (Direct Cost: ¥26,200,000、Indirect Cost: ¥7,860,000)
Keywords	細胞競合 / 着床前胚 / エピブラスト / 細胞分化 / 細胞死 / 細胞配置
Outline of Research at the Start	マウスの着床前胚は自己組織化を行うin vivoの多細胞システムである。着床前胚に作られるエピブラストは多能性細胞組織であり、正確に作られることが重要である。我々は、エピブラストの形成過程では遺伝子発現に多様性が生じ、細胞競合により遺伝子発現の低い細胞を排除して細胞の分化と配置を最適化する新規の現象を見いだした。本研究では、この生理的細胞競合による最適化現象に注目し、個体発生に果たす役割を解明する。さらに多様性の生成機構、細胞競合実行の時空間的条件、細胞競合機構、細胞排除機構、細胞配置の制御機構を明らかにし、細胞競合がエピブラスト細胞の分化と配置を最適化（自律性生成）するロジックを解明する。
Outline of Annual Research Achievements	(i) 細胞競合の分子基盤の解明エピブラスト形成時の細胞競合を抑制した胚を作成し、１細胞RNAseqによりエピブラストと敗者細胞の遺伝子発現プロファイルを比較し、敗者細胞ではp53シグナル経路の活性化が起きていることを見出した。Trp53遺伝子変異胚では後期胚盤胞期においてエピブラスト細胞の数が増加し、多能性因子の発現の低下が見られた。薬剤によりアポトーシスを抑制した胚とは異なり細胞分化の乱れや細胞配置の乱れはほとんど見られなかった。このことは、細胞競合による敗者細胞の排除はp53シグナルを介して行われること、さらに、敗者細胞は、排除されない場合にはエピブラストへと分化するが遺伝子発現レベルが低くなることが分かった。 (ii) エピブラストにおける細胞競合の個体発生における意義の解明 Tet-ONのシステムにより薬剤（Dox）投与によりアポトーシス抑制因子Bcl2を発現誘導するトランスジェニックマウス系統を作成し、エピブラスト形成時特異的に細胞死を抑制した。後期胚盤胞期において、エピブラスト細胞の分化の乱れと細胞配置の乱れが見られたが、着床後初期胚の6.5日胚ではそのような異常はほとんど見られなかった。この仕組みについてさらなる解析が必要である。 (iii) 細胞競合がエピブラスト細胞の分化と配置に自律性をもたらすロジックの解明エピブラストの多能性因子（SOX2, NANOG）、原始内胚葉の分化制御因子（SOX17, Gata6）Hippo経路因子（YAP）について内在性因子を蛍光タンパク質で標識して可視化したノックインマウス系統を樹立した。現在これらの胚を用いたライブイメージングの条件検討を進めている。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason ライブイメージングのためにYAPを可視化したノックインマウス系統を樹立したが、YAPの機能低下が見られたため、研究期間を延長して、新たなノックインマウス系統を作り直す必要があったから。
Strategy for Future Research Activity	(i) 細胞競合の分子基盤の解明１細胞RNAseqにより細胞競合に関与する別のシグナル経路の候補を同定しているため、その関与について検証する。また、胚性幹細胞を用いてエピブラスト形成時の細胞競合を模倣する系の樹立を進めており、その系を完成させて分子基盤の解明に活用する。 (ii) エピブラストにおける細胞競合の個体発生における意義の解明薬剤投与によりBcl2の発現を誘導し、エピブラスト形成時特異的に細胞死を抑制した胚では、着床前胚で見られた細胞分化と配置の異常が、着床後初期胚の6.5日胚ではほとんど消失していた。この仕組みについて明らかにするために、アポトーシス促進因子Bak, Bax, Bokの変異胚を作成し、アポトーシスが完全に抑制された胚でも異常が消失するのか、する場合はいつどのように起こるのか解析する。 (iii) 細胞競合がエピブラスト細胞の分化と配置に自律性をもたらすロジックの解明これまでに作成したノックインマウスの胚を用いて、エピブラスト形成過程のライブイメージングを行い、エピブラスト形成時の遺伝子発現と細胞動態の情報を定量的に取り出し、細胞競合を実行するロジックを解明する。