2019 Fiscal Year Annual Research Report
シグナルと力のゆらぎが上皮組織の可塑性を支配するしくみ
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19H00996
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
林 茂生 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 (60183092)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柴田 達夫 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 (10359888)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 形態形成 / 上皮 / ERKシグナル / EGF受容体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
発生中の上皮組織は細胞の形態、収縮、運動の状態が細胞自律的な要因でばらつくゆらぎ（ノイズ）の高い状態にある．形態形成が進行するためには細胞のゆらぎ状態が組織中で統御され、一貫した運動に収束させる必要がある．本研究ではショウジョウバエ胚上皮においてゆらぎを統御する二つのしくみ、分子シグナルと力学シグナル、について検討する事を目的とする．本年度は二次元平面の胚上皮が分節化して繰り返しのユニットに分割される体節溝形成のプロセスをライブイメージングを用いて検討した。体節溝は各体節の後部コンパートメントに発現するhedgehog (hh)遺伝子と隣接するodd-skipped (odd)遺伝子発現細胞が陥入して作られる。我々はFRETプローブを用いたイメージング手法により予定陥入領域では分裂促進因子活性化タンパク質キナーゼ(ERK)シグナルが一過的に活性上昇を示す事を見いだした。ERKシグナルの上流に位置する受容体チロシンキナーゼ群を検索し、体節溝のERK活性化にはEGF受容体が関与することを見いだした。EGFリガンド生産因子であるRhomboidプロテアーゼの欠損下では体節溝におけるERK活性が消失した。
体節溝における一過的なERK活性化の役割をあきらかにするためrhomboid (rho)変異体における体節溝の形態を調べたところ、体節溝自体の形成は進行した。上皮の陥入に関わる事が示されている細胞分裂と細胞死のパターン見たところrho変異体において大幅な異常は見られない。我々による先行研究では陥入時に一過的なERKの活性化を示す気管原基においてもERKの欠損は陥入の停止には至らないものの、陥入のタイミング、位置の正確な決定に関わっていることが示されている。この知見を踏まえて今後は体節溝陥入の細胞形態を定量的に検討する事でERKシグナルの調節的役割を事を明らかにする。
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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
本年度は上皮陥入のメカニズムとその再現性の保証機構を検討するために二次元平面の胚上皮が分節化して繰り返しのユニットに分割される体節溝形成のプロセスをライブイメージングを用いて検討した。体節溝は各体節の後部コンパートメント後端の1列の細胞とそれに隣接する体節の前端の細胞が強調して陥入する事で作られる。後部コンパートメントのhedgehog (hh)発現細胞と前部コンパートメントのodd-skipped (odd)遺伝子発現細胞が陥入運動を行うが、胚帯の背部から腹部に至るまでの細胞列の運動を協調させるしくみについては不明であった。我々はFRETプローブを用いたイメージング手法により予定陥入領域では分裂促進因子活性化タンパク質キナーゼ(ERK)シグナルが一過的に活性上昇を示す事を見いだした。ERKシグナルの上流に位置する受容体チロシンキナーゼ群を検索し、体節溝のERK活性化にはEGF受容体が関与することを見いだした。EGFリガンド生産因子であるRhomboidプロテアーゼの欠損下では体節溝におけるERK活性が消失した。rhomboid (rho)変異体における体節溝の形態を調べたところ、体節溝自体の形成は進行した。上皮の陥入に関わる事が示されている細胞分裂と細胞死のパターン見たところrho変異体において大幅な異常は見られない。これらの結果は体節溝の陥入運動自体にEGFシグナルとERK活性は必要ではないことを示唆する。しかしながら気管原基においても陥入時に一過的なERKの活性化を示すERKの欠損は陥入の停止には至らないものの、陥入のタイミング、位置の正確な決定に関わっていることが我々による先行研究で示されている。今後は体節溝陥入の細胞形態を定量的に検討する事でERKシグナルの調節的役割、陥入運動の正確性の保証機構を明らかにする。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度の研究により体節溝におけるERKの活性化動態が明らかにされたものの単一変異によるERK活性低下は陥入運動自体には影響しないことが明らかとなった。これまでの陥入運動のライブ解析によりrho変異体においてはしばしば体節構の位置に左右差が生じることが見いだされている。これは陥入構の位置決めの正確性に狂いが生じている可能性を示唆している。そこで今年度はより多数の胚個体をライブ観察に供し、そのデータを定量的に比較する事で陥入運動の正確性を評価する事を試みる。また細胞分裂の起きないstring変異体やプログラム細胞死の起きないH99変異体（3つのカスパーゼ遺伝子を含む染色体領域の欠損）で起こる分節溝の形成にどのような異常が生じるかを検討する。我々の気管原基陥入の研究では陥入運動を司る要因にEGF/ERK/Myosin経路、細胞分裂とFGFによる細胞遊走の３経路が重複して働くことにより時空間的な正確性と生物学的、物理的撹乱に対する補償性を確保していることがわかっている。分節溝形成にも重複した経路による正確性、安定性の制御があるかを検討する事で発生経路のゆらぎに対する補償性制御を検討する。
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[Presentation] Nanopore formation in the cuticle of the insect olfactory sensillum2019
Author(s)
Shigeo Hayashi, Toshiya Ando, Sayaka Sekine, Sachi Inagaki, Kazuyo Misaki, Laurent Badel, Hiroyuki Moriya, Mustafa Sami, Takahiro Chihara, Hokuto Kazama, Shigenobu Yonemura
Organizer
Annual Meeting of Japan Society for Deveopmental Biologists
Int'l Joint Research
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