2016 Fiscal Year Research-status Report
人工遺伝子回路を用いた細胞パターン形成機構の構成的理解
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16KT0080
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
戎家 美紀 国立研究開発法人理化学研究所, 生命システム研究センター, ユニットリーダー (00544933)
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| Project Period (FY) |
2016-07-19 – 2020-03-31
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| Keywords | パターン形成 / 反応拡散 / Nodal-Lefty |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、いわゆるTuringパターンと呼ばれる、細胞の空間パターン形成機構を再構成することを目指す。初年度である本年度は、Nodal-Leftyシグナルの反応拡散系を単純化した人工遺伝子回路を哺乳類培養細胞上に作製した。人工遺伝子回路は、Nodal、Lefty、Co-receptor、下流の転写因子、ルシフェラーゼレポーター、という５つの遺伝子部品から成っている。それぞれの部品は、トランスポゾンベクターを用いてHEK293細胞のゲノムに安定に組み込んだ。そして、この最小限の遺伝子回路を組み込んだ細胞は、レポーター陽性の細胞集団と陰性の細胞集団を自発的に形成した。つまり、最小限のNodal-Lefty遺伝子回路でドメイン形成が可能であるとわかった。一方で、パターン形成の条件を探り、パターンを更に改良するためには、遺伝子回路の定量化が重要である。そこで細胞外のNodalとLeftyの可視化を試みた。はじめは蛍光タンパク質と融合させたが、シグナルが弱すぎる、タンパク質の機能が阻害されるなどでうまくいかなかった。そこで新しい発光タンパク質などを色々試した結果、最近ついにNodalとLeftyの細胞外分布が測定できるようになった。以上のように、本研究はおおむね順調に進行している。今後はこの実験系を用いて拡散係数、分解係数、合成関数などの定量化を進め、現在形成されているドメインをよりきれいなパターンへと改良していく予定である。
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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
最小限のNodal-Lefty遺伝子回路を作ったところ、自発的にドメインが形成されており、パターン形成への第一段階が達成できたと言える。また、NodalとLeftyの定量化はずっとうまくいっていなかったが、HiBiTという新しい分割ルシフェラーゼシステムを用いることにより、細胞外分布を可視化することに成功した。よって、研究は計画通り進んでいると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在の最重要課題は、Nodal-Leftyシグナルのドメイン形成をきれいなパターン形成へと改良することである。そのために、現在の人工遺伝子回路を定量化し、どのパラメーターを調整すべきか指針を得る予定である。最近、HiBiTシステムを用いることでNodalやLeftyを可視化できるようになったので、これを用いて、NodalやLeftyの拡散係数、分解係数などを定量化する。
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| Causes of Carryover |
本年度の研究が順調に進捗したため、次年度の研究用の試薬を購入するべく前倒し請求をしたが、実際の購入が間に合わないものがでたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
計画通り、次年度分の試薬の購入にあてる。
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