The role of mechano-signaling fluctuation in epithelial tissue plasticity

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H00996
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 44:Biology at cellular to organismal levels, and related fields
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Shigeo Hayashi 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)
• 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)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: アクチン / ミオシン / DAAM / Zasp / 管形成 / ショウジョウバエ / 気管

Outline of Final Research Achievements

We have investigated the mechanisms by which tubular epithelial tissues achieve stable morphogenesis under the influence of cellular and external environmental noise. In the tracheal tissue of Drosophila embryos, the expansion of the lumen is characterized by an uneven distribution of expansion materials, leading to non-uniform lumen expansion. We discovered that actin nanoclusters, which accumulate just beneath the cell membrane facing the lumen, autonomously undergo rapid aggregation and disaggregation. These actin nanoclusters sense the tension of the cell membrane and align in the direction of tube expansion, constructing actin cables that counteract the expansion force. By replicating this dynamic through mathematical simulation, we demonstrated that the simple operational principles of actin can facilitate higher-order morphogenesis.

Free Research Field

発生生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

我々ヒト体内の血管系、肺、腎臓などの生存に必須な器官は管状組織として血液、外気、尿などを流動させる。これらの臓器の疾患（動脈瘤、腎嚢胞など）は管の内径が極端に不均一になり、血液、尿などが滞留することによって起きる。ショウジョウバエ気管の拡張異常はこれらの疾患像に酷似しており、一部に嚢胞様の構造が生じる。本研究で明らかにしたアクチンナノクラスターからのケーブル形成機構は嚢胞形成を抑制することで機能的な管構造を維持する生理的な仕組みであると考えられる。今後はヒトの管腔構造疾患モデルにおいてのアクチンナノクラスターの機能とその操作の研究を通じて疾患予防、治療の研究につながることが期待される。