複雑な器官形態を実現する細胞集団運動方向のスイッチング機構-力学応答の観点から-

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K12054
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 大塚 大輔 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, 上級研究員 (40632865)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 形態形成 / 細胞集団運動 / 4Dイメージング

Outline of Annual Research Achievements

器官固有の形態は、等方的な組織の拡大や縮小では決して実現することはできず、方向依存的な組織変形が時空間的に制御されることで達成される 。したがって、方向依存的な変形がいつ、どこで、どの方向に起こり、それがどのようにスイッチ (例えば伸長方向が90度変化するような大きな変形) していくのか、その制御機構を明らかにすることこそが器官形態形成機構の理解の本質である。本研究では、『複雑な器官形態を実現する細胞集団運動方向のスイッチング機構-力学応答の観点から-』を研究課題名とし、前脳形態形成を対象に細胞集団運動方向がいかにして特定の発生段階で切り替わるのかを解明することを目指す。申請者らが開発した多階層動態の計測・解析手法を利用し、組織の力学状態の操作・摂動を通じて、スイッチ機構に関与する化学シグナル経路と細胞の力学応答の関係性を明らかにする。さらに本研究課題で得られた知見を利用して、スイッチング機構の操作に挑む。これらの研究が達成されることにより、複雑な器官構造を自由にデザインできるための基盤技術となることが期待される。
本年度は研究課題1の「神経管の伸長と閉鎖」過程における分子・細胞動態の定量解析を進めた。この課題では、方向情報が変化するタイミングを明らかにするために、「神経管の伸長と閉鎖」過程における各階層での動態（特に細胞の運動方向とリン酸化ミオシンの局在）の定量解析を行う必要がある。本年度は二光子顕微鏡による細胞動態および免疫染色法を用いたリン酸化ミオシンの局在の計測系を確立することができた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

この課題では、方向情報が変化するタイミングを明らかにするために、「神経管の伸長と閉鎖」過程における各階層での動態（特に細胞の運動方向とリン酸化ミオシンの局在）の定量解析を行う必要がある。本年度は細胞・分子動態の定量計測系を確立することができた。さらに、外力負荷による摂動実験系についても予備的な実験が進んでおり、研究課題はおおむね順調に進展していると考えている。

Strategy for Future Research Activity

本年度に確立した細胞・分子動態の定量計測系を用いて定量解析に必要なデータを蓄積する。これらのデータから複雑な器官形態を実現する細胞集団運動方向のスイッチングが起こる時期を特定することを目指す。
次に、神経管の物理的切除実験および外力負荷による摂動実験を通じて、細胞の力学応答と集団運動方向のスイッチングの関係性の解明を目指す予定である。さらに、方向情報のスイッチに関する分子的な経路 (planar cell polarity経路を想定) についても細胞の力学応答の観点から解析を行う予定である。