2022 Fiscal Year Annual Research Report
昆虫外骨格形態を建築するECMリモデリングとその分子機構の解明
| Project Area | Material properties determine body shapes and their constructions |
|---|
| Project/Area Number |
20H05945
|
|---|
| Research Institution | Nagoya University |
|---|
Principal Investigator |
大澤 志津江 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (80515065)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田尻 怜子 千葉大学, 大学院理学研究院, 准教授 (70462702)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
|
| Keywords | 折り畳み / 展開 / ECM / ショウジョウバエ |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
外骨格生物の外部形態は、「折り畳み」とその「展開」による「一体成型」方式で形成されることが、新美班らのカブトムシ角をモデルとした研究により明らかになりつつある。研究代表者はこれまでに、ショウジョウバエ成虫原基（外部形態を形成する幼虫期の上皮シート）をモデル系とし、折り畳まれた成虫原基が外部形態へと展開する上で、基底膜の分解が重要な役割を果たすこと、および、この基底膜の分解が上皮シートを構成する細胞群ではなく、その周囲に存在する細胞集団により引き起こされることを見いだしてきた。本年度は、非上皮シート細胞群による基底膜分解が上皮シートの変形を引き起こす仕組みを明らかにするための遺伝学的実験およびライブイメージング解析を行った。その結果、非上皮シート細胞群による基底膜の分解が行われることで、上皮シートが下凸の状態から上凸の状態へと大きく変形できることが明らかとなった。また並行して本研究では、ショウジョウバエ幼虫の外骨格ECM（クチクラ）の折り畳みをキチン結合タンパク質Obstructor-E (Obst-E)が制御する機構に着目している。当該年度は、本来クチクラを産生しない翅原基においてキチン生合成を誘導する実験系を構築し、Obst-Eの分子機能を検討した。その結果、Obst-Eがクチクラ中でキチンと結合しながらマトリックスの立体的な構造をつくりだす働きを持つ分子である可能性を見いだした。また、前年度までにクチクラの展開が阻害されるいくつかの変異体を解析する中で、全身の筋収縮がクチクラの展開を誘導することを示唆する結果が得られた。そこで当該年度は野生型のクチクラ展開過程における全身のタイムラプス観察を行った結果、筋収縮とクチクラ展開が連続的に起こる様子を捉えることができた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
非上皮シート細胞群による基底膜分解が上皮変形のどの過程に、どのように寄与しているのか、その意義と分子機構を明らかにするための重要な知見を得ることに成功した。また、幼虫クチクラにおけるObst-Eの分子機能を明らかにするために試行錯誤を続けてきたが、異所的解析系を用いることで分子機能を直接的に示す突破口を開くことができた。またクチクラ展開のメカニズムを明らかにするための基盤となる全身動態の解析方法を確立することができた。クチクラの折り畳みと展開の機構を明らかにするという研究目標に向けて、順調に進展している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は、野中茂紀博士（基礎生物学研究所）との共同研究により進めているライトシート顕微鏡での解析をさらに進め、基底膜分解と上皮変形の進行をより高解像度で捉えると同時に、上皮変形を引き起こす力学的仕組みを明らかにする。特に、計画班員の秋秋山正和博士（富山大学）との共同研究で行っている数理モデルの構築を推進する。また、前年度に幼虫クチクラにおける解析を進めていたObst-Eの変異型タンパク質について異所的実験系で分子機能の解析を行う。また、前年度までに見出していた、クチクラの展開が阻害されるsol narae変異体、Cuticular protein 49Ac変異体などについて、野生型と同様に全身動態のタイムラプス観察を行う。
|
