体表呈色を解き明かす張力を引き金とした新規メラニン輸送小胞の形成原理

• Project/Area Number: 23K21313
• Project/Area Number (Other): 21H02491 (2021-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2021-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 44020:Developmental biology-related
• Research Institution: Okayama University of Science
• Principal Investigator: 田所 竜介 岡山理科大学, 生命科学部, 准教授 (50425633)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000); Fiscal Year 2025: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2024: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2023: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2022: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2021: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
• Keywords: メラノサイト / ケラチノサイト / メラニン / 細胞間輸送 / オルガネラ / 体表呈色 / メラノソーム / 表皮細胞 / メラニン色素

Outline of Research at the Start

表皮内のメラノサイトは、色素を含むオルガネラ(メラノソーム) を、周囲の表皮細胞に輸送することで表皮を着色する。この仕組みを理解することは、基礎生物学的に重要であるだけでなく、我々のQOLを向上させる上の基礎をなす。皮膚が色付くプロセスの全容解明に向けて、申請者独自の発想と解析技術を駆使して、メラノサイトから発せられるメラニン色素輸送小胞の形成メカニズムの解明を目指す。体表の部位の違いなど、呈色の多様性にも注目し、申請者が見出した複数の輸送小胞がどのようにコーディネートされてメラニン呈色が確立されるのかについても理解を深める。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は体表のメラニン呈色時に生じるメラノサイトから表皮ケラチノサイトへのメラニン色素輸送のメカニズムを解き明かすことを目標として、自身が確立し たニワトリ胚表皮の解析系において見出した大型の輸送小胞の形成メカニズムの解明を目指す。この大型小胞の形成のメカニズムは現時点で全く未知のものであり、本研究を通して、メカニズム解明の糸口となる現象を基礎的な観察を収集することからはじめる必要がある。研究実施計画に記載したとおり、体表呈色時に生じる大型輸送小胞の形成機構を探る一環として、分子プローブやデバイスなどを用いた解析から、メラノサイトの樹状突起のくびれ切れについて、形成機構解明に向けた情報収集を進めた。複数の蛍光プローブを用いた解析を進めたが、FRETを用いた張力センサーは論文の報告のようには可視化がうまく行かず、他の測定法を模索するという課題が残った。代謝の変化が膜の硬さや挙動などの変化に寄与する可能性も想定し、酸化的リン酸化と好気的解糖の変化についても解析したが、現時点では、小胞形成期に明瞭な変化は検出できなかった。くびれ切れ時の細胞骨格についても解析を進め、くびれ部分のアクチンに関して記載を行った。張力を与える手法についても、その解析ツール類の整備や、突起に力を加えるなどの試みを行った。未知な現象のため、なかなかメカニズムの解明には至らないが、一歩ずつ小胞形成機能の理解に向けて、有用な情報収集ができたと考えられる。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

上述のように、アクチン動態などについての解析が進行しているが、FRETを用いた張力センサーは論文の報告のようには可視化がうまく行かず、同プローブについてさらなる検証を行いつつ、他の測定法も模索するという課題が残った。小胞形成機能の理解に向けて、一歩ずつ情報を収集しつつあるが、当初予定したほど多くの情報を得るまでには至っていない。

Strategy for Future Research Activity

研究期間を通して、大型小胞の形成機構の糸口をつかむべく、蛍光プローブによる解析は継続的に行う必要がある。有用なツールの探索を常時行なっており、適切なプローブを発見し次第、解析を行なってゆく予定である。また解析用のデバイスについても、専門家の助言を仰ぎ、必要に応じてデバイス作成を依頼する。解析をより効率よく行うために、より成体内に近い自然な状態で色素輸送を観察できるイメージング法の開発と、イメージングにおいて問題となる蛍光の退色についても改善をはかるつもりである。

Research Products

• [Journal Article] The gut contractile organoid: a novel model for studying the gut motility regulated by coordinating signals between interstitial cells of Cajal and smooth muscles (2024)
  • Author(s): Yagasaki Rei、Nakamura Ryo、Shikaya Yuuki、Tadokoro Ryosuke、Hao Ruolin、Wang Zhe、Eiraku Mototsugu、Inaba Masafumi、Takahashi Yoshiko
  • Journal Title: bioRxiv Volume: -
  • DOI: 10.1101/2024.03.12.584544
  • Open Access
• [Journal Article] Optogenetic control of gut movements reveals peristaltic wave-mediated induction of cloacal contractions and reactivation of impaired gut motility (2023)
  • Author(s): Shikaya Yuuki、Inaba Masafumi、Tadokoro Ryosuke、Utsunomiya Shota、Takahashi Yoshiko
  • Journal Title: Frontiers in Physiology Volume: 14 Pages: 1175951-1175951
  • DOI: 10.3389/fphys.2023.1175951
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cell Lineage, Self-Renewal, and Epithelial-to-Mesenchymal Transition during Secondary Neurulation (2021)
  • Author(s): Kawachi Teruaki、Tadokoro Ryosuke、Takahashi Yoshiko
  • Journal Title: Journal of Korean Neurosurgical Society Volume: 64 Issue: 3 Pages: 367-373
  • DOI: 10.3340/jkns.2021.0054
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 胚発生期におけるメラノサイトの空間配置 (2021)
  • Author(s): 田所 竜介、赤岩孝憲
  • Journal Title: 進化する皮膚科学 Volume: . Pages: 183-188
• [Journal Article] ニワトリ胚表皮をモデルとしたメラニン色素輸送の皮膚内解析 (2021)
  • Author(s): 田所 竜介
  • Journal Title: 進化する皮膚科学 Volume: . Pages: 189-195
• [Presentation] ニワトリ胚をモデルとした体表呈色の研究 (2023)
  • Author(s): 田所竜介
  • Organizer: 岡山実験動物研究会80回例会
  • Invited
• [Presentation] 動物の体表呈色：鳥類をモデルとしたメラノサイトの空間配置とメラニン色素輸送の研究 (2023)
  • Author(s): 田所竜介
  • Organizer: 日本動物学会第94回大会
  • Invited
• [Presentation] トリ胚におけるメラニン色素呈色；糸状仮足を介した色素輸送の解析 (2021)
  • Author(s): 光延 恭兵、川地 輝明、田所 竜介
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会
• [Presentation] リ胚をモデルとした色素沈着の解析 (2021)
  • Author(s): 田所 竜介
  • Organizer: 第30 回 日本色素細胞学会学術大会
  • Invited
• [Book] 生物の科学 遺伝 2023年7月発行号（Vol.77‐No.4） 特集４ニワトリ胚をモデルとした研究から見えてきた体表呈色のメカニズム） (2023)
  • Author(s): 田所竜介
  • Total Pages: 80
  • Publisher: エヌ・ティー・エス
  • ISBN: 9784860438197