Directional switching mechanism of collective cell behaviour for complex organ morphology

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K12054
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 62010:Life, health and medical informatics-related
• Research Institution: Osaka Metropolitan University (2022); Institute of Physical and Chemical Research (2020-2021)
• Principal Investigator: Ohtsuka Daisuke 大阪公立大学, 大学院理学研究科, 特任研究員B (40632865)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 形態形成 / 4Dイメージング

Outline of Final Research Achievements

Holoprosencephaly (HPE) is a typical example of a malformation associated with SHH gene deficiency, and severe cases of HPE have cyclopia. It is not clear what kind of cellular movements form the malformation. In this study, we aimed to elucidate the pathogenic mechanism of cyclopia. First, we investigated the localization of phosphorylated myosin (pMLC), which is involved in epithelial morphogenesis. We found that pMLC was oriented perpendicular to the direction of optic vesicle (OV) elongation in SHH dependent manner. Furthermore, SHH inihibition suppresses the OV elongation by causing cells to lose the polarity in their movement. Finally, we examined the relationship between the directional decisions of cell motion and mechanosensation. Taken together, cyclopia-like phenotype is formed by randomization of the direction of collective cell motion due to a defect in mechanosensation.

Free Research Field

発生生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究ではSHHシグナル経路の形態形成における新規の役割を明らかにすることができた。SHHシグナルは細胞に力覚能 (組織にかかる力を感知して、細胞の応答を変化させる能力) を付与することで細胞集団運動の制御に関与することが明らかとなった。近年、形態形成研究分野においては組織にかかる力が細胞増殖や細胞分化状態に影響することが明らかとなっているが、形態形成に重要な役割をもつモルフォゲンとの対応関係についてはほとんど明らかとなっていなかった。本研究成果はモルフォゲンと力を繋ぐ知見を提供できたと考えている。また、形態異常が生じる機構を理解できたことで、将来的な治療のための基盤となりうると考えている。