昆虫の羽化翅に見られる三次元的な折れたたみの形成機構とその意義

• Project/Area Number: 19J00764
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 44020:Developmental biology-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 坪井 有寿 京都大学, 生命科学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2019-04-25 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2019: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 発生生物学 / 器官形成

Outline of Research at the Start

発生過程における器官形成は、上皮シートが決まった形へ変形すると同時に狭い体腔内で折れたたみ、収納されることにより実現する。しかし、組織自律的な「変形」と、周辺環境との相互作用による「収納」は同時進行することが多いため、切り分けて解析することが難しく、規則的な折れたたみを生む時空間的制御は明らかでない。そこで本研究では、モデル生物であるショウジョウバエを用いた実験(分子遺伝学的実験、ライブイメージング)と数理モデル(3Dシミュレーション)を組み合わせた解析により、折れたたみを制御する分子的基盤と力学的基盤を明らかにし、その折れたたみ制御の機能的意義を検証する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究はショウジョウバエの蛹期の翅上皮組織をモデル系として、”組織収納”という新たな視点から形態形成を捉え、昆虫の翅をモデル系として限られた空間で正確な収納を可能にする折れたたみ制御の基本原理を明らかにすることを目的としている。
昨年度までに、
1)組織と周辺環境(クチクラ)の接着を時空間的に制御することにより、翅上皮組織の安定した三次元パターンが決定すること
2)三次元パターン形成の過程で、細胞アピカル面に局在する２種類のプロテアーゼによって接着構造が積極的に分解されること
3)細胞の形状制御に関与する分子としてよく知られるミオシン調節軽鎖sqhを翅の一部でノックアウトした場合にも、正常な折れたたみが形成されること
などを見出している。これらの結果は、組織の形態形成における組織の周辺環境の制御の重要性を示唆しており、これまでによく知られるアクトミオシンを介した制御とは異なる新規の形態形成メカニズムを提唱できると考えられた。そこで、本年度(４月～６月の３カ月間)は、昨年度までに発見した形態形成メカニズムに関して結果をまとめて論文を執筆した。また、論文執筆に際して、共焦点顕微鏡画像を定量解析することでより説得力が増すと判断し、昨年度までに取得していたデータの定量解析を追加で行った。具体的には、コントロール系統やプロテアーゼをノックダウンした系統で観察される接着構造の蛍光輝度を定量し、接着構造の分解プロセスの時空間動態を解析した。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Spatio-temporal remodeling of extracellular matrix orients epithelial sheet folding (2023)
  • Author(s): Tsuboi Alice、Fujimoto Koichi、Kondo Takefumi
  • Journal Title: bioRxiv Volume: -
  • DOI: 10.1101/2023.01.13.523870
  • Open Access
• [Presentation] Spatial-temporal rearrangement of extracellular matrix for designing the reproducible three-dimensional epithelial morphology. (2021)
  • Author(s): Alice Tsuboi
  • Organizer: 第14回日本ショウジョウバエ研究集会
• [Presentation] Spatial-temporal regulation of EMC anchoring for reproducible 3D tissue packing design under spatial constraints. (2020)
  • Author(s): Alice Tsuboi
  • Organizer: 第53回日本発生生物学会
• [Presentation] Spatial-temporal regulation of EMC anchoring for reproducible 3D tissue packing design under spatial constraints. (2020)
  • Author(s): Alice Tsuboi
  • Organizer: JSDB Online Trial Meeting 2020
• [Presentation] Spatial-temporal regulation of EMC anchoring for reproducible 3D tissue packing design under spatial constraints. (2020)
  • Author(s): Alice Tsuboi
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会
• [Presentation] Design Principle of 3D Morphology under A Spatial Limitation (2019)
  • Author(s): Alice Tsuboi
  • Organizer: THE 4th MORPHOMEOSTASIS MEETING