Synchronization of developmental clock under tissue deformation
Publicly Offered Research
| Project Area | Interplay of developmental clock and extracellular environment in brain formation |
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| Project/Area Number |
19H04772
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Biological Sciences
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
瓜生 耕一郎 金沢大学, 生命理工学系, 助教 (90726241)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | 分節時計 / 数理モデル / ゼブラフィッシュ / 体節形成 / 同期 / 遺伝子発現リズム |
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| Outline of Research at the Start |
発生過程において形態形成は的確なタイミングで起きる。発生タイミングの制御には精確な「時計」が必要になる。細胞内の遺伝子発現リズムは発生時計として働き、細胞は相互作用により集団で時計を同期させ、協調的に振る舞う。一方、発生過程において、細胞分裂、細胞形状の変化や細胞配置の再編などによって、組織はそのサイズや形状をダイナミックに変えていく。本研究課題では組織変形と細胞形状の変化が発生時計に及ぼす影響を明らかにする目的で、ゼブラフィッシュ体節形成における遺伝子発現リズム(分節時計)の細胞間同期を、3D数理モデルとその実験検証によって明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度は以下の内容に取り組んだ。
(1) 昨年度までに得られた結果と、今年度に追加で行った計算の結果を論文にまとめ、国際誌に掲載した(Uriu, Liao et al. 2021 Elife)。今年度に行った計算は、欠陥のある体節境界のサイズ分布を求めるもので、実験とシミュレーションが良く一致することが分かった。
(2) Delta-Notchシグナルによる細胞間相互作用には数十分の時間遅れがあることが知られているため、これまでの位相振動子モデルにこの時間遅れの効果を組み込み、その影響について解析を行った。未分節中胚葉には前後軸に沿った分節時計の振動数勾配が存在するが、細胞間カップリングに時間遅れがあると、この振動数勾配が再同期に影響を及ぼすことが分かった。さらに分節時計の振幅の自由度も記述できるようモデルを拡張した。ゼブラフィッシュ未分節中胚葉では前後軸に沿って遺伝子発現リズムの振幅勾配が観察されている。この振幅勾配によって前後軸に沿った再同期過程の違いが起きるかをシミュレーションによって解析した。
(3) ゼブラフィッシュでは、分節時計の細胞間相互作用にはDeltaCとDeltaDタンパク質の二つが関与する。DeltaCタンパク質の濃度は振動する一方、DeltaDの濃度は時間とともに変化しない。このDeltaDが分節時計の同期にどのように働くのかを調べるため、共同研究者と協力してDeltaC/Dタンパク質濃度の時間動態を記述するモデルを作成した。DeltaDタンパク質の存在下および非存在下での同期を数値計算によって調べた。
(4) ゼブラフィッシュ生体内での分節時計のライブイメージングを共同研究者とともに行った。Notch シグナルの阻害剤を除去した後のレポータータンパク質発現パターンをイメージングすることができた。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(10 results)
