2013 Fiscal Year Annual Research Report
細胞動態と生化学場との統合によるAnisotropyを生み出す力学場の解明
Publicly Offered Research
| Project Area | Cross-talk between moving cells and microenvironment as a basis of emerging order in multicellular systems |
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| Project/Area Number |
25111710
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
鈴木 孝幸 名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (40451629)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 発生•分化 / 画像解析 / 定量化 / モデル化 / 器官形成 / イメージング |
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| Research Abstract |
これまでの研究で、肢芽の組織は遠近軸に沿ってバイアスした高いAnisotropyを持つ事が分かった。このため肢芽の各組織が遠近軸方向にストレッチして伸びるため、結果として肢芽が伸長していることが明らかとなった（論文投稿中）。そこで平成２５年度では遠近軸に沿って組織にバイアスしたAnisotropyが生まれる原因を細胞レベルで解析した。まず核以降型のEGFPを肢芽の細胞に遺伝子導入し、細胞分裂方向と分裂後の細胞の再配置を解析した。その結果細胞分裂は遠近軸ではなく前後軸に沿って起こることが分かった。従って細胞分裂方向では肢芽の伸長を説明出来ないことが分かった。分裂後の娘細胞の位置関係を３次元で解析した結果、娘細胞同士が遠近軸方法に沿って細胞間距離が広がると言う意外な結果を得た。これらの結果は肢芽の細胞は前後軸に沿って分裂後インターカレーションを起こして結果として遠近軸に沿って組織が伸長することを示している。また分泌因子を肢芽に作用させた解析から、WNTシグナルが細胞分裂方向の決定に関与している事が分かった。現在FGFシグナルが分裂方向の決定に関与しているかどうか解析を進めている。この解析をして行く中で切片の細胞分裂方向をImageJを用いて高速に解析する方法を構築した。この方法は他の器官でも応用出来る事から新学術領域内の研究者の方にも使用して頂きたいと考えている。一方、細胞分裂方向や遠近軸に沿った肢芽の伸長に肢芽の外胚葉が関与しているという予備的知見をレーザーアブレーションの結果から得た。スピニングディスク共焦点顕微鏡で肢芽の外胚葉を見ながら遠近軸に沿って切断した所、前後軸に沿って組織が広がって行く様子が観察された。この結果から肢芽の組織には前後軸方向に沿ってメカニカルな拘束力がありそのため組織が前後軸ではなく遠近軸方向に伸長していく可能性が考えられた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度の予定では、肢芽の細胞のタイムラプス観察を行い細胞分裂の方向と分裂後の娘細胞の再配置を解析する計画であった。平成２５年度では予定通り解析を行うことができた。仮説では細胞の再配置が起こるのではないかと予想していたが、結果は分裂した細胞同士がインターカレーションを起こしていると言う予想外の驚くべき結果となった。また細胞分裂方向を調べるためのマクロを用いたImageJのツールを作成した。当初手作業で行っていたがコンピューターで画像を自動解析を行う事が出来るようになり研究がスムーズに運んだ。このように当初の仮説通りではなかったが肢芽の細胞の動態を予定通り解析を行いさらには新しいツールを作成する事ができた。さらに次年度を予定していた力と細胞動態の解析も始めており、このような点から考えて当初の予定より早く研究が進展しているといえる。摂動を加えた時の細胞動態の解析も平成２６年度に行う計画であったがすでにシグナル伝達阻害剤処理をして細胞分裂方向の検討をおこなっていることから次年度の細胞動態への影響を調べる実験がスムーズに行えると考えている。このように平成２５年度では肢芽の細胞集団をモデルとして３次元の細胞動態の解析手法を構築し、正常な状態の肢芽の動態を解析する事が出来た。平成２６年度は予備的実験から得られた力と細胞動態の関係、そしてシグンル伝達と細胞動態の解析にスムーズに移行出来ると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２６年度では前年度の予備的知見を踏まえ、肢芽の外胚葉にかかる力と内部の中胚葉の細胞動態の関係、そしてインターカレーションを誘導するメカニズムの解析を行う。
１：肢芽の外胚葉に伝わる力の異方性の検討
ニワトリ胚後肢の肢芽を単離し、スピニングディスク共焦点顕微鏡で観察を行いながら前後軸方向、遠近軸方向に沿って肢芽の外胚葉をライン状に切断し外胚葉のどの方向に沿って力がかかっているのか異方性があるかどうかを検討する。力のかかっている方向に異方性があるならばレーザーで切断後その方向に組織が開くはずである。これを細胞の位置の変化から定量的に解析するためにImageJを用いたPIV解析を用いて方向と細胞の位置のずれを解析し、矢印チャートを用いて表示する。またアクチンの重合阻害剤などを添加した後に切断を行いどのシグナルが異方性を生み出すのに関与しているのかを調べる。
２：摂動を加えた時の肢芽の細胞動態の解析
前年度までの解析でWNTシグナルが細胞分裂方向の決定に関与している事が明らかとなった。そこで今年度はWNTシグナルを阻害した時に細胞の動きがどのように変化するのか摂動を加えた時のタイムラプス観察を行う。またFGFシグナルを阻害するとAnisotropyが変化する事が分かっている。そこでFGFシグナルを阻害した時に細胞の動きがどのように変化するのか同様に解析を行う。以上の解析データから肢芽の細胞集団が遠近軸に沿って変形する細胞レベルのメカニズムを明らかにし、変形の数理モデルを構築する。これらをまとめて論文を投稿する。
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