understanding of cell competition by focusing on mechanical stress

• Project Area: Cell competition: a mechanism for survival of the fittest in the multi-cellular community
• Project/Area Number: 17H05621
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 松井 貴輝 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (60403333)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000); Fiscal Year 2018: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2017: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: 物理的力 / ゼブラフィッシュ / ライブイメージング / カルシウム / 細胞競合 / 力 / 上皮細胞 / 発生・分化

Outline of Annual Research Achievements

細胞競合は，適応度の異なる細胞が共存するときに，一方の細胞が勝者となり，他方の細胞（敗者）を組織から排除する現象である．近年，敗者-勝者が相互作用することで，様々なシグナルが活性化され異方的な力が発生することで，勝者細胞が敗者細胞を押し出すことが示されてきている．例えば，敗者細胞を取り囲む勝者細胞では，アクチンとミオシンからなるアクトミオシンリングが形成され，そのリングが巾着袋の口を締めるように収縮することで敗者細胞の排除が進むことが示されいる．これまでに研究代表者らは，非熱的に加工ができるフェムト秒レーザーの誘起衝撃力を利用して，ゼブラフィッシュ胚の上皮で起こる細胞競合で発生する物理的な力の大きさを定量評価し，約４kPaの力が発生していることを発見した（生体内力定量系の確立）．しかも最近，研究代表者らは，アクトミオシンが収縮するよりも前に，敗者から勝者へ向けカルシウム波が伝播し，そのシグナルによってアクチン動態が変化して細胞の極性移動が起こることを見出した．さらに，そのカルシウム波の伝播には，メカノチャネルTRPC1，ギャップ結合，IP3受容体が関与することも突き止めた．以上の成果は，細胞競合を駆動する分子メカニズムを明らかにしただけでなく，シグナルが物理的な力へ変換される情報物理学的なメカニズムを明らかにしたことを意味しており，この研究領域の理解に貢献したと考えている．

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Calcium Wave Promotes Cell Extrusion (2020)
  • Author(s): Takeuchi Y、Narumi R、Akiyama R、Vitiello E、Shirai T、Tanimura N、Kuromiya K、Ishikawa S、Kajita M、Tada M、Haraoka Y、Akieda Y、 Ishitani T、Fujioka Y、Ohba Y、Yamada S、Hosokawa Y、Toyama Y、Matsui T、Fujita Y
  • Journal Title: Current Biology Volume: 30 Issue: 4 Pages: 670-681.e6
  • DOI: 10.1016/j.cub.2019.11.089
  • NAID: 120006960639
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Shootins mediate collective cell migration and organogenesis of the zebrafish posterior lateral line system (2019)
  • Author(s): Urasaki Akihiro、Morishita Seiya、Naka Kosuke、Uozumi Minato、Abe Kouki、Huang Liguo、Watase Emiko、Nakagawa Osamu、Kawakami Koichi、Matsui Takaaki、Bessho Yasumasa、Inagaki Naoyuki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Issue: 1 Pages: 12156-12156
  • DOI: 10.1038/s41598-019-48585-4
  • NAID: 120006714315
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Horizontal Boundary Cells, a Special Group of Somitic Cells, Play Crucial Roles in the Formation of Dorsoventral Compartments in Teleost Somite (2019)
  • Author(s): Kota Abe,Atsuko Shimada,Sayaka Tayama,Hotaka Nishikawa,Takuya Kaneko, Sachiko Tsuda,Akari Karaiwa,Takaaki Matsui,Tohru Ishitani,Hiroyuki Takeda
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 27 Issue: 3 Pages: 928-939
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2019.03.068
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Quantitative analysis of mechanical force required for cell extrusion in zebrafish embryonic epithelia. (2017)
  • Author(s): Yamada S, Iino T, Bessho Y, Hosokawa Y, Matsui T
  • Journal Title: Biology Open Volume: 6 Pages: 1575-1580
  • DOI: 10.1242/bio.027847
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] フェムト秒レーザーを利用した細胞競合現象における力学特性変化の定量評価 (2020)
  • Author(s): 松井貴輝
  • Organizer: レーザー学会第40回年次大会
  • Invited