2017 Fiscal Year Research-status Report
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16K17781
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
鈴木 量 京都大学, 医学研究科, 特定研究員 (10768071)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 再生組織の物理 / 非平衡形状揺らぎ / 対称性の破れ / 自己駆動型粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
等方的な胚が体軸を決定する過程は、多細胞生物の発生の初期過程において極めて重要である。この体軸の決定機構を解明するため、発生過程のモデル実験系として頻繁に用いられているヒドラに着目し研究している。当該年度以前までには(A)ヒドラ切片と(B)単離細胞を再凝集した塊の再生過程における形状揺らぎを、全モード解析によって定量的に解析した結果、モードの時間発展は類似しているものの運動（並進・回転）が全く異なることを明らかにした。その理由に迫るため、組織の変形や運動を可能とする細胞骨格構造の時間発展の定量に取り組んだ。再生過程における様々な時点でサンプルを固定しアクチンを蛍光染色した結果、(1)ヒドラ切片では成体へと再生する間、常にヒドラの成体に特有な格子状のアクチン構造が見られる一方、(2)再凝集系ではランダムなアクチン配列から始まり、再生する過程で局所的に格子構造が生じ、やがて一様な格子構造を形成する、という異なる時間発展プロセスを明らかにした。この結果は、再凝集系に特徴的な、形状の対称性の破れがヒドラ切片に比べて遅くかつ運動が見られないという結果を説明する上で大変興味深い。
また、ヒドラの再生過程において重要な要素としては変形・運動だけでなく、体軸形成に影響を及ぼすWntシグナル経路がある。このシグナル経路の活動を促進・抑制した遺伝子的摂動下での形状揺らぎの全モードの解析も行った。その結果、(a)促進した際は再生が早まり、ヒドラの再生過程に特徴的なpump-burst cycle(大きさが徐々に増加し、破裂するサイクル)の回数が減る一方、(b)抑制した場合には再生することなく、pump-burst cycleも見られなかった。(b)においては、変形を可能とする細胞骨格・分子モーターは正常に働いている状態にも関わらず再生能を失うことを明らかにした。
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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
当初研究計画において当該年度には、これまで得られた全モード解析の結果を理解するために環境因子（外的摂動）がヒドラの再生過程に与える影響の定量的な解析を計画した。ここでは外部摂動として、(1)物理的摂動、(2)化学的摂動、(3)遺伝子的摂動、という環境因子を変えたときの影響を見るのが目標である。
(1)と(2)においては、溶液の浸透圧や粘性、ヒドラの成長速度を変える実験の一部に着手した。またこれに並行して、組織の変形や運動を可能とする細胞骨格の再生過程における時間的変化に着目し、これまでに再生過程の異なる(A)ヒドラ切片および(B)単離細胞の再凝集塊における細胞骨格（アクチン）構造の時間発展の追跡に成功した。これらの結果は、形状揺らぎの全モード解析から得られた結果を理解するにあたって大変重要である。今回得られた成果を踏まえた上で、来年度本格的に(1)と(2)の実験を行うことで、環境因子が形態形成および対称性の破れに与える影響の本質をより深く理解できると期待している。
また(3)においては、体軸形成に影響を及ぼすWntシグナル経路のような内部因子の活動を促進・抑制した場合の形状揺らぎの全モードの解析も実施した。多細胞生物の発生に共通している重要なWntシグナル経路が形状時間発展に及ぼす影響を物理的リードアウトによって解析することにより、発生・再生の初期過程における対称性の破れ（体軸決定）の統合的理解に一歩近づき、計画通りに進んでいると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
再生過程の異なる(A)切片と(B)単離細胞の再凝集塊における細胞骨格構造の時間変化を定量したため、今後は(1)物理的摂動（浸透圧や粘性を変える）や(2)化学的摂動（ヒドラの成長速度を制御する）が変形や運動に与える影響について本格的に調べる。
さらに、変形や運動する組織の理論構築に着手することにより、再生するヒドラにおける対称性の破れ（体軸決定）を物理的な観点から統合的に解明することを目指す。
また、得られた結果について研究成果を学会で発表するだけでなく論文にまとめ国際誌に発表するなどの成果報告を順次進める予定である。
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| Causes of Carryover |
（理由）
当該年度は主に、昨年度購入に至らなかった顕微鏡の購入および実験用試薬に予算を使用した。一方、共同研究者のHolstein教授（ハイデルベルグ大学・ドイツ）を訪問して研究の打ち合わせを予定していたが、国際学会で同席する機会があり、その際に今後の研究方針について必要な打ち合わせを行うことができた。
（使用計画）
実験に必要な物品・試薬はほぼ揃ったため、消耗品を購入し実験を推進する。当該年度に計上していた旅費は今後Holstein教授を訪問するための旅費として使用することを予定している。また、研究成果をまとめる作業や発表のための旅費および会議参加費として予算を使用する。
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Research Products
(4 results)
