生物の階層構造における細胞の社会的ふるまいを利用した大きさと形の決定ロジック

• Project Area: From molecules, cells to organs : trans-hierarchical logic for higher-order pattern and structures
• Project/Area Number: 25127711
• 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: 別所 康全 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 教授 (70261253)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000); Fiscal Year 2014: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2013: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: システム生物学 / 形態形成 / クッペル胞 / フィードバック制御 / ゼブラフィッシュ / 体節形成

Outline of Annual Research Achievements

多細胞生物のからだは、遺伝子（ゲノム）／代謝／細胞／組織／個体といった階層構造を持つ。生物の形づくりでは、個々の細胞はローカルな細胞外情報をもとに遺伝子・代謝ネットワークにしたがって自らのふるまい（増殖、分化、運動など）を制御し、細胞相互の作用によって組織、個体レベルで適切な大きさと形に形成される。したがって、生物の形づくりには細胞が相互に情報交換を行い細胞社会のレベルで大きさと形を感知するしくみと、その情報を細胞内の遺伝子・代謝ネットワークにフィードバックするしくみが必要である。本研究では、細胞の社会的ふるまいと階層を超えたフィードバック制御に着目し、組織・器官の大きさと形の決定ロジックの解明を試みた。
ゼブラフィッシュの左右軸の決定に関わるクッペル胞の形成をモデルとして用い、クッペル胞の大きさと形がその機能にどのように関わるか、また適切な大きさと形がどのように決められるかを解析した。
クッペル胞は20個程度のdorsal forerunner cells (DFC)が集合し、増殖することによって100個程度の細胞から構成されるクッペル胞に分化する。我々はDFCの一部をレーザー照射によって除去することにより、DFCの数を減少させ、機能的なクッペル胞形成に必要な最少の細胞数を決定した。また、DFCの増殖分化には自身が分泌するFGFが必須であるが、FGFシグナル強度を計測して、FGFシグナルが機能的なクッペル胞を形成するのに必要なDFCの数を規定していることを示唆するデータを得た。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Hes7 3’UTR is required for somite segmentation function (2014)
  • Author(s): Takeshi Fujimuro, Takaaki Matsui, Yasuhide Nitanda, Tatsuro Matta, Yuichi Sakumura, Michiko Saito, Kenji Kohno, Yasukazu Nakahata and Yasumasa Bessho
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 4 Issue: 1 Pages: 6462-6462
  • DOI: 10.1038/srep06462
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] An anterior limit of FGF/Erk signal activity marks the earliest future somite boundary in zebrafish. (2014)
  • Author(s): Akiyama et al.
  • Journal Title: Development Volume: 141 Issue: 5 Pages: 1104-1109
  • DOI: 10.1242/dev.098905
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 3’UTR-dependent regulation of mRNA turnover is critical for differential distribution patterns of cyclic gene mRNAs. (2014)
  • Author(s): Nitanda et al.
  • Journal Title: FEBS J Volume: 281 Issue: 1 Pages: 146-156
  • DOI: 10.1111/febs.12582
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Retinoic acid controls proper head-to-trunk linkage in zebrafish by regulating an anterior-posterior somitogenetic rate difference. (2014)
  • Author(s): Retnoaji et al.
  • Journal Title: Development Volume: 141 Issue: 1 Pages: 158-165
  • DOI: 10.1242/dev.097568
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Celf1 is required for formation of endoderm-derived organs in zebrafish. (2013)
  • Author(s): Tahara et al.
  • Journal Title: Int. J Mol. Sci. Volume: 14 Issue: 9 Pages: 18009-18023
  • DOI: 10.3390/ijms140918009
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ゼブラフィッシュの創傷治療メカニズム (2014)
  • Author(s): 山田 壮平、飯野 敬矩、別所 康全、細川 陽一郎、松井 貴輝
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2014-11-25
• [Presentation] 正常に機能するクッペル胞を形成するために必要な最小細胞数 (2014)
  • Author(s): 石川 寛、山田 壮平、田原 直幸、細川 陽一郎、別所 康全、松井 貴輝
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2014-11-25
• [Presentation] ることで、膵臓や肝臓の形成を制御する (2014)
  • Author(s): 田原 直幸、別所 康全、松井 貴輝
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2014-11-25
• [Presentation] A negative feedback loop of Nrarp provides robustness to the somite segmentation clock (2014)
  • Author(s): Nitanda Y, Kim W, Matsui T, Nakahata Y, Sakumura Y, Bessho Y
  • Organizer: The 62nd NIBB Conference Force in Development
  • Place of Presentation: Okazaki, Japan
  • Year and Date: 2014-11-17