2019 Fiscal Year Annual Research Report
3D morphogenesis of epithelial cell sheets in vitro
| Project Area | Discovery of the logic that establishes the 3D structure of organisms |
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| Project/Area Number |
15H05858
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
芳賀 永 北海道大学, 先端生命科学研究院, 教授 (00292045)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石原 誠一郎 北海道大学, 先端生命科学研究院, 助教 (10719933)
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| Project Period (FY) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 細胞・組織 / 上皮細胞シート / ゲル基質 / アクトミオシン / 集団運動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ほとんどの臓器・器官の３Ｄ構造は，上皮細胞シートの折り畳みとして作られる．本研究は上皮細胞シートの３Ｄ構造を培養シャーレ内で作り出し，３Ｄ組織が形成される力学的原理の解明を目指した．
これまでに，ゲニピンで架橋したマトリゲル上にイヌ腎尿細管上皮細胞（MDCK細胞）の細胞シートを培養し，上皮細胞の頂端部側と基底部側で浸透圧を変えることで，大小様々なドーム状の３Ｄ形態が形成されることを見出した．平成31年度／令和元年度では，ドーム構造が形成される力学的メカニズムを調べる目的で，アクアポリンによる水輸送，アクトミオシンの収縮力による細胞シート内の応力分布，ゲル基質の膨潤度などを解析し，得られた結果をもとに秋山グループと共同で数理モデルの構築を行った．本研究は原著論文として投稿するに至った．
さらに，初期胚の形態形成を模倣するインビトロモデルの構築を行った．これまでに，ゼラチンゲルを紫外線で架橋した球殻状のカプセルを作成し，ゲルカプセルの表面にヒト皮膚繊維芽細胞（HDF細胞）を播種すると，細胞が増殖するにつれてカプセルがあたかも原腸陥入のように変形することが明らかとなった．平成31年度／令和元年度では，ゲルカプセルが変形するメカニズムを調べる目的で，ゲルカプセルの弾性率測定，蛍光たんぱく質でタグ付けしたHDF細胞の経時観察などを行った．
以上の実験に加え，これまでに扁平上皮がん細胞（A431細胞）をマトリゲル中に包埋培養することで，細胞塊がゲル基質中で回転運動することを見出した．平成31年度／令和元年度では，マトリゲルとコラーゲンゲルを混合したゲル基質を用いることで，細胞塊が基質中で回転運動しながら回転の長軸方向に伸長することを見出した．この結果は，武田グループが発見したゼブラフィッシュの体節形成の際に観察される回転伸長運動と類似しており，秋山グループと共同で数理モデルの構築を進めた．
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| Research Progress Status |
令和元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 |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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