神経上皮組織の自己組織的な形態形成の基盤となる細胞骨格動態の解明

• Project Area: Regulation of polarity signaling during morphogenesis, remodeling, and breakdown of epithelial tubular structure
• Project/Area Number: 24112527
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 永樂 元次 独立行政法人理化学研究所, 発生・再生科学総合研究センター, ユニットリーダー (40415097)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2013: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2012: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: 立体組織形成 / 自己組織化 / 形態形成 / 幹細胞

Research Abstract

本研究ではES細胞からの立体組織培養系と３次元イメージング技術を組み合わせ、眼杯形成についての分子・細胞・組織の各階層をまたいだ解析を行うことで、上皮組織の形態形成制御機構について新たな知見を得ることを目的とした。二光子顕微鏡を用いて眼杯形成過程における個々の細胞動態やアクチンや微小管などの細胞骨格動態を長期にわたってイメージング出来る実験観察系の構築を行った。その結果、領域特異的な細胞増殖スピードの違いや細胞形態変化が明らかになった。また同時に細胞内カルシウム動態を観察することで、眼杯形成過程における領域特異的な細胞形態変化と自発的な細胞内カルシウム動態との相関関係を明らかにした。こういった実測データを三次元上皮組織の力学的特性を検証するための数値シミュレーションモデルと組み合わせることで眼杯形成の基本原理についてより厳密に検討することが可能になった。本モデルにより自発的な揺らぎといった個々の細胞動態と組織変形の関係についての階層を超えた理解がさらに深まることが期待される。同時に、ヒトES細胞から自己組織化的にin vitroでヒトの眼杯組織および大脳組織を構築することにも成功し発表した。in vitroでのヒト網膜組織分化法の開発により、将来のヒト網膜組織を用いた、網膜色素変性症などの眼疾患の移植治療の実現化に大きく近づくことになると考えられる。また、in vitroでヒトES細胞から分化させた大脳皮質組織では、発生過程に見られるような層構造の形成が確認され、同時にヒト大脳皮質発生過程に特異的に存在する細胞(basal progenitor)も確認された。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Mechanical control of notochord morphogenesis by extra-embryonic tissues in mouse embryos (2014)
  • Author(s): Imuta Y, Koyama H, Shi D, Eiraku M, Fujimori T, Sasaki H
  • Journal Title: Mech Dev Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Self-organization of axial polarity, inside-out layer pattern, and species-specific progenitor dynamics in human ES cell-derived neocortex. (2013)
  • Author(s): Kadoshima T, Sakaguchi H, Nakano T, Soen M, Ando S, Eiraku M, Ssasai Y
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci USA Volume: 110 Issue: 50 Pages: 20284-20289
  • DOI: 10.1073/pnas.1315710110
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Apical contractility in growing epithelium supports robust maintenance of smooth curvatures against cell-division-induced mechanical disturbance. (2013)
  • Author(s): Okuda S, Inoue Y, Eiraku M, Sasai Y, Adachi T
  • Journal Title: J Biomech Volume: 46 Issue: 10 Pages: 1705-1713
  • DOI: 10.1016/j.jbiomech.2013.03.035
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Modeling cell proliferation for simulating three-dimensional tissue morphogenesis based on a reversible network reconnection framework (2013)
  • Author(s): Satoru Okuda, Yasuhiro Inoue, Mototsugu Eiraku, Yoshiki Sasai, Taiji Adachi
  • Journal Title: Biomechanics and Modeling in Mechanobiology Volume: (in print) Issue: 5 Pages: 987-996
  • DOI: 10.1007/s10237-012-0458-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Robust formation and maintenance of continuous stratified cortical neuroepithelium by laminin-containing matrix in mouse ES cell culture (2012)
  • Author(s): Nasu M, Takata N, Danjo T, Sakaguchi H, Kadoshima T, Futaki S, Sekiguchi K, Eiraku M, Sasai Y
  • Journal Title: PLoS One Volume: 7 Issue: 12 Pages: e53024-e53024
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0053024
  • NAID: 120006626411
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In vitro organogenesis in three dimensions : self-organising stem cells (2012)
  • Author(s): Sasai Y, Eiraku M, Suga H
  • Journal Title: Development Volume: 139 Issue: 22 Pages: 4111-21
  • DOI: 10.1242/dev.079590
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Self-formation of optic cups and storable stratified neural retina from human ESCs. (2012)
  • Author(s): Nakano T
  • Journal Title: Cell Stem Cell Volume: 10 Issue: 6 Pages: 771785-771785
  • DOI: 10.1016/j.stem.2012.05.009
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Self-formation of layered neural structures in three-dimensional culture of ES cells (2012)
  • Author(s): Eiraku M, Sasai Y
  • Journal Title: Curr Opin Neurobiol Volume: 22 Issue: 5 Pages: 768-77
  • DOI: 10.1016/j.conb.2012.02.005
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 多能性幹細胞からの立体組織形成 (2014)
  • Author(s): 永楽 元次
  • Organizer: 第１３回日本再生医療学会総会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館
  • Invited
• [Presentation] in vitroでの立体網膜組織の自己形成とその原理 (2013)
  • Author(s): 永楽元次
  • Organizer: 第１２回に本再生医療学会総会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜、横浜
  • Year and Date: 2013-03-21
  • Invited
• [Presentation] Self-formation of layered neural structures in ES cell culture (2013)
  • Author(s): 永楽 元次
  • Organizer: 第８６回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Invited
• [Presentation] in vitroでの立体網膜組織の自己形成とその原理 (2013)
  • Author(s): 永楽 元次
  • Organizer: 第８４回日本動物学会
  • Place of Presentation: 岡山大学
  • Invited
• [Presentation] in vitro での立体網膜組織の自己形成とその原理 (2013)
  • Author(s): 永楽 元次
  • Organizer: 第３６回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド
  • Invited
• [Presentation] Self-organized formation of optic cup in vitro (2012)
  • Author(s): Eiraku Mototsugu
  • Organizer: Joint Meeting of The 45th Annual Meeting of the Japanese Society of Developmental Biologists The 64th Annual Meeting of the Japan Society for Cell Biology
  • Place of Presentation: Kobe International Conference Center The Kobe Chamber of Commerce and Industry, Kobe
  • Year and Date: 2012-05-28
  • Invited
• [Presentation] Self-organized formation of optic cup in vitro (2012)
  • Author(s): Eiraku Mototsugu
  • Organizer: the 16th NSW Stem Cell Network Workshop: Stem Cell Treatments for Eye Diseases.
  • Place of Presentation: University of Western Sydney Medical School, Australia
  • Year and Date: 2012-04-06
  • Invited
• [Remarks] Four -Dimensional Tissue Analysis Unit
  • URL: http://www.riken.jp/en/research/labs/cdb/hum_stem_cell/fourdim_tissue/