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Analysis of the effect of cytoplasmic streaming on organelle positioning during early embryogenesis

Research Project

Project/Area Number 19K06681
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 44020:Developmental biology-related
Research InstitutionKwansei Gakuin University

Principal Investigator

Kimura Kenji  関西学院大学, 生命環境学部, 講師 (40644505)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords細胞質流動 / 初期発生 / 極性形成 / 受精卵 / キネシン / 核配置 / 線虫
Outline of Research at the Start

多くの動物の正常な受精卵の中では、細胞内における活発な流れ(細胞質流動)が生じており、体外受精に重要な良い卵と悪い卵を区別するための指標の候補として注目されている。しかし、細胞質流動には複数のタイプがあり、それぞれの流れが果たす役割は完全には理解されていない。そこで本研究では、線虫の受精卵で生じる細胞質流動を操作して流れのタイプを変え、その発生への影響を卵内のオルガネラ配置変化に注目して調べる。本研究により、各タイプの細胞質流動が卵内に及ぼす効果が明らかになり、体外受精の成功に重要な正常に発生する良い卵を選別するための非侵襲的な指標として細胞質流動が用いられるようになることが期待できる。

Outline of Final Research Achievements

Cytoplasmic streaming, the collective flow of the cytoplasm, occurs in the fertilized eggs of many animals. There are multiple types of cytoplasmic streaming. However, the role of each type of cytoplasmic streaming is poorly understood. In this study, the effect of cytoplasmic streaming, in which the direction of flow changes stochastically, on the development of C. elegans zygotes was analyzed. We found that sperm-derived pronucleus/centrosome complex (SPCC) drifted dynamically through cytoplasmic streaming after fertilization. Some of the SPCC were pushed away to the opposite side of the sperm entry point by cytoplasmic streaming, resulting in the reversal of the anterior-posterior polarity of the embryo. These results indicate that the stochastic behavior of cytoplasmic streaming contributes to the determination of cell polarity.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

需要が高まり続ける体外受精の分野では、活発な細胞質の流れ(細胞質流動)を示す受精卵の発生成功率が高いことから、正常に発生する質の高い卵を選別する上での非侵襲的な指標として細胞質流動が注目されている。しかし、具体的にどのような流れが何のために必要なのか未だ不明な部分が多く、指標としては不十分である。本研究により、線虫受精卵において細胞質流動の流れる向きが精子由来の核の配置を変えることで発生過程に重要な体軸の決定に影響することが初めて明らかになった。今回の成果により、卵の発生過程に細胞質流動が及ぼす効果の理解が進み、正常に発生する卵を見分ける上で細胞質流動が重要な指標となりうることが支持された。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (4 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Fluid flow dynamics in cellular patterning2021

    • Author(s)
      Kimura Kenji、Motegi Fumio
    • Journal Title

      Seminars in Cell & Developmental Biology

      Volume: 120 Pages: 3-9

    • DOI

      10.1016/j.semcdb.2021.07.004

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Cytoplasmic streaming drifts the polarity cue and enables posteriorization of theCaenorhabditis eleganszygote at the side opposite of sperm entry2020

    • Author(s)
      Kimura Kenji、Kimura Akatsuki
    • Journal Title

      Molecular Biology of the Cell

      Volume: 31 Issue: 16 Pages: 1765-1773

    • DOI

      10.1091/mbc.e20-01-0058

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 線虫受精卵における細胞質流動のタイミング制御2022

    • Author(s)
      宮浦千春
    • Organizer
      関西地区線虫勉強会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] The polarity cue moves with two types of cytoplasmic streaming in the C. elegans zygote2020

    • Author(s)
      木村健二
    • Organizer
      第43会日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 線虫受精卵における 細胞質流動のしくみと役割2020

    • Author(s)
      木村健二
    • Organizer
      関西線虫研究会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Functional analyses of cytoplasmic streaming on cell polarization in the C. elegans zygotes2019

    • Author(s)
      木村健二
    • Organizer
      第42回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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