Mechanical modeling of limb morphogenesis based on quantitative data

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16KT0081
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 森下 喜弘 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (00404062)
• Project Period (FY): 2016-07-19 – 2020-03-31
• Keywords: 発生動態 / 理論生物

Outline of Annual Research Achievements

形態形成過程をシステムとして理解するためには、(I) 組織変形動態の解明：器官固有の形態が作られる過程で、いつ・どこで・どの程度、組織が成長・変形したかを定量的に明らかにすること、(II) 組織力学の定量解析：(I)で明らかとなった組織変形動態を引き起こす要因を力学的な視点から解明すること、が必要となる。脊椎動物（ニワトリ胚）四肢発生過程に関して、前者はすでに申請者の先行研究によって十分な知見が得られており [Morishita et al., Development, 2015]、本研究では主に四肢上皮組織の力学に焦点を当てて研究を行った。
前年度までに開発された体積成長・大変形を伴う超弾性体力学モデルによって、上皮の力学応答と形態形成の密接な関係が示唆された [Kida and Morishita, Finite Elements in Analysis and Design, 2018]。今年度は、名古屋大学鈴木孝幸准教授との共同研究の下、肢芽組織切り出し実験、レーザーアブレーション実験、組織引張試験により、(i)肢芽上皮・間葉内の残留応力、(ii)上皮組織による間葉組織形態への力学的拘束の有無、(iii)上皮組織内応力異方性、(iv)ヤング率（およびこれらのミオシン活性依存性）を調査し、四肢形態形成における上皮組織の力学的役割の一端を明らかにすることができた。得られた結果は論文にまとめており、近く投稿予定でいる [Kawamura et al., in preparation]。全期間での研究成果を総括すると、当初の目的をおおむね達成できたと判断する。