2020 Fiscal Year Annual Research Report
Studies on regulatory mechanisms for mammalian embryos by mechanical forces
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19H03238
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| Research Institution | Osama Woman's and Children's Hospital |
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Principal Investigator |
松尾 勲 地方独立行政法人大阪府立病院機構大阪母子医療センター(研究所), 病因病態部門, 部長 (10264285)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | マウス胚 / 形態形成 / 機械的な力 / 卵円筒形成 / 子宮内圧 / 前後軸形成 / 細胞変形 / 原子間力顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マウス胚は、受精後子宮に着床し、子宮内で発生する。現在までに、子宮から胚への圧力や細胞間・組織間でかかっている力が胚の正常発生に必要であることを明らかにしている。しかし、発生初期の子宮内や胚内でかかっている力がどの程度で、いつ、どのように伝えられ、形態形成に関与しているのかは不明な点が多い。マウスの着床後胚は、ライヘルト膜（基底膜）と子宮内膜組織に囲まれている。子宮筋収縮圧力は、これらの胚本体外構造を介して胚内に伝わる。本年度は、胚形態に関わる子宮内の力学的環境を解明することを目的に以下の知見を得た。
①子宮筋から胚にかかる圧力に方向性（異方性）があるかどうか、子宮内の圧力計測を行った。その結果、反子宮間膜側から子宮間膜側へプローブを挿入した場合と90度垂直に膣側から卵巣側へと挿入した場合でも子宮内圧の強度や周期性に有意な差は認められなかった。一方、マウス胚を取り囲んでいる子宮内膜組織の硬さ（弾性率）を原子間力顕微鏡で測定したところ、胚周辺の子宮内膜組織の硬さが領域ごとにかなり異なることが分かった。これらの結果から、胚の近遠方向への伸長は、子宮側組織の物理的特性に依存する可能性が示唆された。②ライヘルト膜がなく胚が変形したLama1欠損胚とライヘルト膜を持つ正常胚からRNAを抽出し、マイクロアレイ法にて両者のRNA発現を網羅的に解析した。その結果、2つのGO term グループであるBiological Processと Molecular Functionについて発現低下した遺伝子は全く見られなかった。この結果は、Lama1欠損胚での胚の形態異常は、胚内の自律的なLama1遺伝子機能の消失に由来せず、ライヘルト膜がなくなったことで、子宮側から押し潰されるという外因性の要因で胚が変形したという我々の仮説を強く支持するものと考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
子宮筋収縮による圧力が、マウス胚の前後軸形成に必要であることを見いだした。また、マウス初期胚を覆っているライヘルト膜の機能に関して、子宮筋収縮・弛緩によって生じる過大な圧力で胚が変形しないように子宮内圧の緩衝作用を担っていることを明らかにすることができた。更に、今年度得られた追加的なデータによって、我々の仮説をさらに強固なものにすることができた。以上の研究成果をもとに、国際雑誌で公表することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
1)子宮筋収縮によって胚にかかる圧力が、どのようにマウス初期胚の形態変化に関与しているかについては、以下の研究計画を進める予定である。子宮筋から胚にかかる圧力とほぼ同じ強度で、同じ方向性をもった圧力を再現する培養下に胚をおき、胚の形態変化を解析する。特に、ライヘルト膜を持つ胚、ライヘルト膜を除去した胚、密閉されていない不完全なライヘルト膜を持つ胚などを培養してその表現型を比較することで、子宮側からの圧力がライヘルト膜を介することで、どのような影響を胚に与えるのか子宮外培養下で解析する。
2) 胚内の細胞間にかかる機械的力がマウス胚の正常発生に必要であることを明らかにしてきた。形態形成過程では、上皮細胞が増殖、移動、変形することで管腔構造形成、組織や体の形態変化を生み出している。特に、上皮細胞は、アクトミオシンネットワークなどによって生み出される内因性の力や周辺の外因性の力学環境によって細胞の物理的特性が変化することで、変形する。しかし、ノンカノニカルWnt経路を介したアクトミオシンネットワークの活性化がいつ、どのような分子機序で制御されているのか十分には理解されていない。そこで、来年度は、力学的要因に起因する哺乳動物の上皮細胞の形態形成運動の分子機序を解明することを目的に研究を進める。特に、申請者は、表皮細胞の分化と形態変化に関わるGRHL3がカノニカルWnt経路に依存した核内転写活性化機能からノンカノニカルWnt経路依存的に細胞質内での平面細胞極性関連遺伝子の活性化機能へと切り変わることで上皮細胞の形態変化に機能していることを明らかにしてきた。そこで、どのような分子機構によってGRHL3を介した上皮細胞の変形が起こるのか解析する予定である。
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