The mechanism of patterning of the bifurcated bone formed by linear collagen crystals

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K16142
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 44020:Developmental biology-related
• Research Institution: Kyoto University (2021); Osaka University (2019-2020)
• Principal Investigator: Kuroda Junpei 京都大学, 理学研究科, 特定研究員 (80726521)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: コラーゲン / 細胞外マトリックス / 骨 / ゼブラフィッシュ / 間葉系細胞 / 骨芽細胞

Outline of Final Research Achievements

In this research project, I found that the physical effect of "bundling" actinotricia, which is a structure of collagen fibers distributed at the tip of the fin bone of zebrafish, is important for the formation of the branching pattern of the fin bone. In addition, the in vitro culture system that I developed revealed that the cells responsible for this "bundling" process are fin mesenchymal cells. Furthermore, by performing continuous electron microscopic observation around actinotricia in vivo using FIB-SEM, I elucidated the detailed 3D structure of mesenchymal cells that develop multiple filopodia and wrap around actinotricia.

Free Research Field

発生生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

形態形成の問題を扱う従来の発生生物学の研究は、基本的には遺伝子変異をベースにしたものが中心であったが、研究代表者は、もっと物理的な作用が骨の形態形成に関わる大きな要因であると考え、実際にアクチノトリキアを物理的な力で束ねる細胞を特定し、この作用が果たす役割について見出した。これまでこのような物理的な作用で、骨の形態形成を説明した例はほかになく、本研究成果が果たす学術的なインパクトは極めて大きいと考える。また魚類の対ヒレと他の脊椎動物の四肢は相同な器官であることから、本研究課題によって得られた知見は、脊椎動物全般の、骨の形態形成原理の理解に大いに貢献できると推測する。