細胞外マトリックスを基盤とする昆虫の羽化翅の建築原理の解明
Publicly Offered Research
| Project Area | Material properties determine body shapes and their constructions |
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| Project/Area Number |
21H05779
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (III)
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research (2023)
Kyoto University (2021-2022) |
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Principal Investigator |
坪井 有寿 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 研究員 (00904202)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥12,220,000 (Direct Cost: ¥9,400,000、Indirect Cost: ¥2,820,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
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| Keywords | 形態形成 / 細胞外マトリックス / 発生生物学 / ECM |
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| Outline of Research at the Start |
羽化前の昆虫の翅は、谷折や山折の入り組んだ形態をとることで、幼虫もしくは蛹の殻の中にコンパクトに「収納」され、羽化直後から一気に展開し、成虫で観察される大きな翅へと「成熟」する。これまでに、細胞運動ではなく、細胞が分泌した細胞外マトリックス(ECM)が羽化前後の翅形態形成の主役となることを見出している。ECMは重合して数十μmサイズのファイバーを形成し、組織の特定の位置に配置されて機能する。本研究では、ショウジョウバエ遺伝学を基盤に、ライブ観察や1細胞RNA-seqを用いることで、ECMファイバーの構築原理やその空間配置を決定する遺伝的基盤を同定し、組織の収納原理とその機能を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ショウジョウバエ翅組織をモデル系として、これまで単なる“静的”なサポート素材とみなされてきた細胞外マトリックスに焦点を当て、細胞外マトリックスが形態形成に与える影響について解析を進めてきた。その結果、細胞外マトリックスであるDumpyが繊維状に翅上皮組織と周辺構造物をつなぎとめており、そのDumpy繊維が時空間的にダイナミックに再編成されることで、翅組織の折れたたみの位置と方向が正確に決まることを発見し、本年度論文として報告した [Tsuboi et al., Science Advances, 2023]。しかし、依然として、Dumpy繊維を組織の特定の位置に構築する制御機構は明らかではない。そこで、1細胞RNA-seq技術を用いて、Dumpy繊維の領域特異性を定める分子基盤を同定しようと考えた。本年度、1細胞RNA-seqを実施し、Dumpy構築時期の翅組織から遺伝子発現情報を取得することに成功した。その結果、翅組織の領域ごとにクチクラ構成因子が多様であることを見出した。Dumpyはクチクラと翅組織をつなぎとめる接着因子であり、クチクラ構成因子の多様性がDumpyの領域特異性を生む可能性が示唆された。また、蛹期で形成される規則的な折れたたみ構造が、適切な体液循環を介した羽化後の成虫翅の成熟に与える影響を調べるため、翅展開後の成虫の翅を観察する系を立ち上げた。興味深いことに、蛹期の折れたたみ構造に異常のあるDumpyノックダウン個体では、成虫の翅の成熟不良が起こることを見出した。具体的には、翅上皮細胞の成虫クチクラ内への残存や、2層の成虫クチクラ間に過度の体液が流れ込んで出来た水疱様の構造不全が観察された。この結果より、蛹期で形成される規則的な折れたたみ構造が、適切な体液循環を介した羽化後の成虫翅の成熟に重要であることが示唆された。
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| Research Progress Status |
令和5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5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
(5 results)
