魚類ヒレの形態形成において膜電位はモルフォゲンとして機能しうるか？
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20K06655
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 44020:Developmental biology-related
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
荒巻 敏寛 大阪大学, 大学院生命機能研究科, 招へい研究員 (30525340)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
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| Keywords | サイズスケーリング / 細胞膜電位 / 光遺伝学 / 形態形成 |
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| Outline of Research at the Start |
ゼブラフィッシュ変異体の解析から、魚類の付属肢（ヒレ）の形態制御にはイオンチャネルを介した機構が関与していることが示唆されている。しかしながら、その作用メカニズムについてはほとんどわかっていない。申請者はこれまでの解析から、表皮細胞間で膜電位が伝達することによりモルフォゲン様に位置情報として機能している可能性を見出した。光遺伝学を利用して表皮細胞膜電位を人為的に操作する技術を開発し、膜電位の変動を可視化する技術と組み合わせてこの仮説を検証する。また、開発した膜電位操作技術を応用し、膜電位の変動が表皮細胞、または他の細胞種に及ぼす影響や、その作用メカニズムの特定を試みる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々は神経や筋肉以外の細胞における膜電位の機能に注目している。これまでにゼブラフィッシュで表皮細胞の膜電位がヒレの大きさの制御に関わることを明らかにしたが、そのメカニズムに関してはほとんどわかっていなかった。この制御メカニズムの解明を目的として、本研究では表皮細胞の膜電位を人為的に操作する実験系の確立を試みた。
細胞膜電位を人為的に操作するため、神経活動の操作にも用いられている光遺伝学技術の導入を計画した。光によって開口する陽イオンチャネル、チャネルロドプシンを標的細胞に発現させることにより、光照射によって膜電位を任意に操作できるようになる。トランスジェニック技術を用いて表皮細胞にチャネルロドプシンを発現するゼブラフィッシュを作成したところ、このゼブラフィッシュは飼育時の光条件によってヒレの大きさが変化した。このことは、表皮細胞においてチャネルロドプシンを利用した光操作が可能であることを示している。我々は、さらに効率的な膜電位操作を行うためにチャネルロドプシンと電位依存性を有するカリウムチャネルを組み合わせて発現させることを考案した。神経細胞での電位応答を模した機構を導入することにより光照射への反応性を高め、光操作を用いてヒレの大きさを劇的に変化させることを可能にした。
表皮組織において、膜電位はギャップジャンクションチャネルを介して隣接する細胞間を伝播しモルフォゲン様の機能を果たしているのではないかと推測している。表皮細胞での膜電位動体を観測するため、ゼブラフィッシュ成体を長時間ライブイメージングにより観察するシステムを構築した。これを用いてヒレ表皮のGCaMPイメージングを行ったところ、シグナルが波紋状に表皮細胞間を伝播している様子が観察された。この現象と形態制御との関連性はわかっていないが、少なくとも隣接する表皮細胞間で迅速な情報伝達が行われていることが確かめられた。
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Report
(4 results)
Research Products
(7 results)
