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Molecular mechanisms that control column polarity in the brain by the gradient of Wnt l igands

Research Project

Project/Area Number 22KF0151
Project/Area Number (Other) 22F32073 (2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022)
Section外国
Review Section Basic Section 44020:Developmental biology-related
Research InstitutionKanazawa University

Principal Investigator

佐藤 純  金沢大学, 新学術創成研究機構, 教授 (30345235)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) WANG MIAOXING  金沢大学, 新学術創成研究機構, 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2023-03-08 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2024: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
KeywordsWnt / PCP / カラム構造 / ショウジョウバエ / 視覚系 / 視覚中枢
Outline of Research at the Start

脳の高次機能は多数の神経細胞から成る精密な神経回路によって実現する。一方、複数の神経細胞が円筒状に集積したカラム構造が脳の機能単位として働くことが知られているが、カラムの形成機構はほとんど分かっていない。本研究ではカラム内における個々の神経細胞の位置や極性を制御する機構を、Wntファミリーの分泌タンパク質の働きに着目して解明する。Wntリガンドは平面細胞極性(PCP)を制御することがハエの翅を用いた研究から明らかにされているため、PCP制御分子の細胞内局在がWntによってどのように制御されるか明らかにすることで、Wnt/PCPシグナルによるカラム形成機構を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

脳の高次機能は多数の神経細胞から成る精密な神経回路によって実現する。一方、複数の神経細胞が円筒状に集積したカラム構造が脳の機能単位として働くことが知られているが、カラムの形成機構はほとんど分かっていない。本研究ではカラム内における個々の神経細胞の位置や極性を制御する機構を、Wntファミリーの分泌タンパク質の働きに着目して解明する。Wntリガンドは平面細胞極性(PCP)を制御することがハエの翅を用いた研究から明らかにされているため、PCP制御分子の細胞内局在がWntによってどのように制御されるか明らかにすることで、Wnt/PCPシグナルによるカラム形成機構を解明する。
Wntリガンドが広範囲に渡って神経細胞の方向性を決定するメカニズムを明らかにするため、Wntリガンドの受容体およびその下流で働くFz1, Fz2, Vangの細胞内局在に着目する。これらの遺伝子に対して細胞種特異的に蛍光タグが付加されるノックイン系統を作成したが、蛍光シグナルが非常に弱かったため、GFPをN末側、C末側の2つに分けて発現させることで、細胞種特異的にこれら分子を標識する系統を作成した。この時 、GFPのC末端側のコピー数を増やすことで蛍光シグナルの増強が見込まれる。このようなトランスジェニック系統を作製し、実際に蛍光強度が増幅されていることを確認した。また、これら新しい系統によって得られるGFPシグナルのパターンは抗体染色や従来のノックイン系統と類似していることを確認した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

Wntリガンドが広範囲に渡って神経細胞の方向性を決定するメカニズムを明らかにするため、Wntリガンドの受容体およびその下流で働くFz1, Fz2, Vangの細胞内局在に着目する。これらの遺伝子に対して細胞種特異的に蛍光タグが付加されるノックイン系統を作成したが、蛍光シグナルが非常に弱かったため、GFPをN末側、C末側の2つに分けて発現させることで、細胞種特異的にこれら分子を標識する系統を作成した。この時 、GFPのC末端側のコピー数を増やすことで蛍光シグナルを増強することに成功した。今後はこれらの系統を用いてWntシグナルの動作機構を解析するが、全体的に予定よりも研究の進展が遅れている。

Strategy for Future Research Activity

これまでにWntリガンドの受容体およびその下流で働くFz1, Fz2, Vangの細胞内局在を可視化する系統を作製した。これらの系統を用いてFz1, Fz2, Vangの細胞内局在をR7, R8, Mi1, Tm3, T4/5などカラムを構成する主要な神経細胞において解析する。また、発生過程においてWnt4やWnt10といったWntリガンドの発現・局在パターンとこれら因子の局在が時間とともにどのように変化するか、解析する。Wnt4, Wnt10およびWntシグナル因子の変異体においてFz1, Fz2, Vangの細胞内局在がどのように変化するか、解析する。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 2 results) Book (1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] From soap bubbles to multicellular organisms: Unraveling the role of cell adhesion and physical constraints in tile pattern formation and tissue morphogenesis2024

    • Author(s)
      H. Togashi, S. R. Davis, M. Sato
    • Journal Title

      Developmental Biology

      Volume: 506 Pages: 1-6

    • DOI

      10.1016/j.ydbio.2023.11.007

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Quantitative analysis of the roles of <scp>IRM</scp> cell adhesion molecules in column formation in the fly brain2022

    • Author(s)
      Lee Yunfei、Wang Miaoxing、Imamura Kousuke、Sato Makoto
    • Journal Title

      Development, Growth &amp; Differentiation

      Volume: 65 Issue: 1 Pages: 37-47

    • DOI

      10.1111/dgd.12834

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Tiling mechanisms of the Drosophila compound eye through geometrical tessellation2022

    • Author(s)
      Takashi Hayashi, Takeshi Tomomizu, Takamichi Sushida, Masakazu Akiyama, Shin-Ichiro Ei, Makoto Sato
    • Journal Title

      Current Biology

      Volume: 32 Issue: 9 Pages: 1-9

    • DOI

      10.1016/j.cub.2022.03.046

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Cutting edge technologies expose the temporal regulation of neurogenesis in the Drosophila nervous system2022

    • Author(s)
      Sato M., and Suzuki, T.
    • Journal Title

      Fly

      Volume: 16 Issue: 1 Pages: 222-232

    • DOI

      10.1080/19336934.2022.2073158

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Cell-cell communications that control column formation in the fly brain2024

    • Author(s)
      Sato, M.
    • Organizer
      The 3rd Asia Pacific Drosophila Neurobiology Conference
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Lineage Dependent Column Formation2023

    • Author(s)
      Sato, M.
    • Organizer
      Biwako Workshop
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Tiling mechanisms of the compound eye through geometrical tessellation2023

    • Author(s)
      Sato, M.
    • Organizer
      Mathematical Biology from genes to cells to humans
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Bi-directional Eph/Ephrin signaling organizes the columnar structure under the control of Neurexin in the fly brain2022

    • Author(s)
      Wang Miaoxing、Sato Makoto
    • Organizer
      Japanese Society of Developmental Biologists
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Book] Getting Started in Mathematical Life Sciences ~From MATLAB programming to computer simulations~2023

    • Author(s)
      Sato Makoto
    • Total Pages
      204
    • Publisher
      Springer
    • ISBN
      9789811982569
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      https://fsosato.w3.kanazawa-u.ac.jp/index.html

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Remarks] 複眼のタイリングメカニズム

    • URL

      http://fsosato.w3.kanazawa-u.ac.jp/res_eye.html

    • Related Report
      2022 Annual Research Report

URL: 

Published: 2022-09-29   Modified: 2024-12-25  

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