2019 Fiscal Year Annual Research Report
Studying the mechanism and function of cellular diversity in vivo using Drosophila melanogaster
| Project Area | Integrated analysis and regulation of cellular diversity |
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| Project/Area Number |
17H06332
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
中嶋 悠一朗 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (90782152)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 細胞多様性 / 細胞分化 / 幹細胞 / 細胞可塑性 / 恒常性維持 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体中の臓器や組織という細胞社会において、様々な細胞タイプが適切な細胞数で存在する「細胞ダイバーシティー」の形成が、恒常性の維持や摂動への対応に重要である。本研究計画は、幹細胞を起点とした細胞社会を形成するショウジョウバエ中腸をモデルとして用いて、細胞ダイバーシティー維持の制御機構および生理的意義の解明を目指すものである。また実験と理論の複合的なアプローチによって細胞ダイバーシティー維持の普遍原理を明らかにすることで、細胞ダイバーシティーの破綻や異常に起因する病態の理解につなげることを最終目標としている。
本年度は、生理的状態や摂動を与えた状態において、ショウジョウバエ中腸の腸管上皮における細胞種に特異的な応答を解析した。老化ショウジョウバエ個体において、カスパーゼや他のストレスレポーターの発現変化を定量的に解析した。また、腫瘍移植個体において、腸管特異的なストレス応答と、そのシグナルパスウェイの機能を遺伝学的に解析した。また、腫瘍移植個体の腸管を単離して行ったRNA-seqによって、腸上皮で発現変動している遺伝子群を同定することができた。
さらに、腸管上皮において、発生過程で細胞種に特異的な細胞運命の可塑性を見出しており、その制御が栄養依存的であることを見出している。
また、現在シングルセル解析(scRNA-seq)を行うための準備を進めており、腸上皮を細胞レベルに単離する手法の確立や、実際のデータ解析する前にバイオインフォ解析の基礎を新学術主催の講習会で学習することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究計画は、幹細胞を起点とした細胞社会を形成するショウジョウバエ腸管を用いて、細胞ダイバーシティー維持の制御機構および生理的意義の解明を目指すものである。今年度は、生理的状態、そして様々な摂動（腫瘍移植・老化）を与えた前後の腸管における組織レベルの応答や細胞タイプの変化、個体レベルの表現型を解析した。ショウジョウバエ腫瘍移植モデルでは、これまでに非腫瘍組織である腸管においてストレスシグナルが亢進することを見出しており、悪性腫瘍との相互作用によって腸管組織の細胞ダイバーシティー変化が誘導される。同様の効果は、別の腫瘍を移植した個体においても観察されていることから、腸管と腫瘍との相互作用に共通および腫瘍に特異的な応答を見いだすことが可能である。また老化個体では細胞死シグナルであるカスパーゼ活性が特定の細胞種で亢進していることを見出した。さらに、発生過程において、栄養依存的に細胞運命可塑性を示す細胞タイプを発見することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、生理的状態下や摂動を与えた場合にショウジョウバエ腸管上皮で見出した、各細胞タイプの特異的な応答について、遺伝学的ツールによって操作することで、それぞれの機能を解析する。また、細胞種ごとのトランスクリプトームやsingle cell RNA-seqを使ったシングルセル解析を導入することで、新規の分子メカニズムや細胞ポピュレーションの同定を目指す。
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