2016 Fiscal Year Annual Research Report
Systems science for the ventricular zone
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16H02457
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
宮田 卓樹 名古屋大学, 医学系研究科, 教授 (70311751)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川口 綾乃 名古屋大学, 医学系研究科, 准教授 (90360528)
篠田 友靖 名古屋大学, 医学系研究科, 助教 (80505652)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 細胞移動 / 細胞分裂 / 組織力学 / 弾性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大脳皮質を含む脳の形成とは，細胞の「生産」と「組み立て」からなる．人間社会のさまざまな製造・建築の現場では，組み立て工程のみならず，生産現場にも常に材料および産物の適切な「動き」が求められる．本研究「脳室帯のシステム科学的研究」は，脳細胞産生の場である「脳室帯」が，性質や「齢」の異なる細胞群によって一種の「生態系」あるいは「社会」として構成されていることに注目し，大脳皮質細胞の「生産ライン」群がどのような近隣関係性をもって三次元的にパックされ，効率的細胞供給が果たされているか明らかにすることをめざす．H28年度は，まず，神経上皮・脳室帯の細胞の突起の先端部分が接着的に束ねられることで成立している「apical面」付近に注目した．この箇所は，G2期に「ひとつ」としてやって来た核・細胞体が細胞分裂の結果生じた「ふたつ」として狭苦しい群れのなかに突っ込んでいかねばならぬという「流れ増幅に起因するボトルネック」の問題を抱えるので，「クラウドダイナミクス」（ヒトや車の流れを制御し，活動の効率，安全，持続可能性などへの貢献をめざすとりくみ）の観点からは，鉄道車両の出入り口やプラットフォームなどに匹敵する相当な「危険箇所」であり，「出」への手厚い対策が求められる．こうしたリスク・交通難度に対して，細胞レベルのどのような巧みな工夫がなされているかという観点でイメージングを中心とする解析を進めた結果，分裂期の前駆細胞がアクトミオシンを用いて「丸くなる」・「２つに割れる」という力仕事（エネルギー消費的）を行なう際に周囲（側方）の空間に対して，力学エネルギーが「預け」られ，それが「その前駆細胞から生じる２つの子細胞」に戻って来る（したがって親から子への，近所の助けを借りながらの力学的エネルギーの相続）可能性が浮上した．
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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
これまでに，神経前駆細胞がbasal面までつながる長い形態をしたままで分裂し，basal突起（ファイバー構造）を丸ごと，２つの娘細胞のうち片方に（一子相伝的に）譲り渡すことにより，ファイバーを相続した娘細胞の核・細胞体が，非相続の娘細胞のそれよりも素早くapical面付近から出て行くことが分かっていたが，それ以外に集団的な動きの効率化につながる「妙案」の読み解きはできていなかった．今回，可能性を見いだした「組織弾性を利用した省エネ的細胞運動」は，脳形成の過程に秘められた巧みさのひとつとして大いに注目される．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに得られた仮説を検証するための具体的な実験，解析を行なう．まず，力学的なシミュレーションを，数理的に，またさまざまな弾性材料を用いた模型を作製するなどして実施する．さらに，組織中に想定される弾性の存在を実証すべく，応力解放試験や，薬剤による阻害実験を行なう．さらに，圧縮により組織の弾性を高める実験，逆に除圧する（レーザーを用いるなどして）ことで弾性を減じる実験を行う．こうした負荷実験下の細胞の挙動の変化をモニターし，仮説の妥当性を検証する．さらに，こうしたメカニズムが，三次元的な組織構造の成立に果たす役割を理解する目的で，バーチャル組織と呼べるような「全細胞の核運動を模する」シミュレーションも構築し，「弾性依存的に発揮される子細胞の初動」の意義を明らかにすることを目指す．
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