細胞集団の回転運動による3D形態形成のロジック

• 研究領域: 生物の３Ｄ形態を構築するロジック
• 研究課題/領域番号: 15H05859
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 武田 洋幸 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (80179647)
• 研究期間 (年度): 2015-06-29 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 119,210千円 (直接経費: 91,700千円、間接経費: 27,510千円); 2019年度: 23,140千円 (直接経費: 17,800千円、間接経費: 5,340千円); 2018年度: 23,270千円 (直接経費: 17,900千円、間接経費: 5,370千円); 2017年度: 23,270千円 (直接経費: 17,900千円、間接経費: 5,370千円); 2016年度: 23,140千円 (直接経費: 17,800千円、間接経費: 5,340千円); 2015年度: 26,390千円 (直接経費: 20,300千円、間接経費: 6,090千円)
• キーワード: ゼブラフィッシュ / 体節形成 / 3次元 / シミュレーション / 形態形成 / ３次元

研究成果の概要

本研究は、ゼブラフィッシュ体節をモデル系（約200細胞集団が短時間変形）とし、組織の伸長がその方向に垂直な回転運動によって促進されるメカニズムを明らかにすることを目的とした。体節伸長の過程で背腹のコンパートメント境界を分ける特殊な境界細胞（Horizontal boundary cells）の発見、および伸長過程での個々の体節細胞の動態の追跡とバーチャルモデルによる伸長のロジックを解明した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

iPSやES細胞など幹細胞の研究が進み、再生医療などへの応用が進んでいる。これらの幹細胞は試験管内で様々な細胞種へ分化誘導することが可能である。一方、成体を維持する器官や組織は、複数の細胞種で構成され、それらが特定の高次構造の下に配置されている。このような構造があってはじめて器官は正常にかつ効率よく機能する。現在、分化した細胞から試験管内で3次元構造の組織構造を有するオルガノイドを作成する研究は進んでいるが、3次元構造を作るロジックは理解できていない。成体内の器官に近い、または任意の形のオルガノイドを作成するために、本研究の器官形成ロジックの理解は重要である。

研究成果

• [国際共同研究] COS, Heidelberg University(ドイツ)
• [国際共同研究] Havard Medical School(米国)
• [国際共同研究] Heidelberg University(ドイツ)
• [国際共同研究] COS, Heiderberg University(ドイツ)
• [国際共同研究] Harvard Medical School(米国)
• [国際共同研究] Institute of Science and Technology(Austria)
• [雑誌論文] Noonan syndrome‐associated biallelic LZTR1 mutations cause cardiac hypertrophy and vascular malformations in zebrafish (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakagama Yu、Takeda Norihiko、Ogawa Seishi、Takeda Hiroyuki、Furutani Yoshiyuki、Nakanishi Toshio、Sato Tatsuyuki、Hirata Yoichiro、Oka Akira、Inuzuka Ryo
  • 雑誌名: Molecular Genetics & Genomic Medicine 巻: 8 号: 3
  • DOI: 10.1002/mgg3.1107
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Horizontal Boundary Cells, a Special Group of Somitic Cells, Play Crucial Roles in the Formation of Dorsoventral Compartments in Teleost Somite (2019)
  • 著者名/発表者名: Kota Abe,Atsuko Shimada,Sayaka Tayama,Hotaka Nishikawa,Takuya Kaneko, Sachiko Tsuda,Akari Karaiwa,Takaaki Matsui,Tohru Ishitani,Hiroyuki Takeda
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 27 号: 3 ページ: 928-939
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2019.03.068
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Systematic studies of all PIH proteins in zebrafish reveal their distinct roles in axonemal dynein assembly. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi H, Oda T, Kikkawa M, Takeda H
  • 雑誌名: Elife 巻: 7
  • DOI: 10.7554/elife.36979
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Zic Genes in Teleosts: Their Roles in Dorsoventral Patterning in the Somite (2018)
  • 著者名/発表者名: Abe K., Kawanishi T., Takeda H.
  • 雑誌名: Advances in Experimental Medicine and Biology 巻: 1046 ページ: 141-156
  • DOI: 10.1007/978-981-10-7311-3_8
  • ISBN: 9789811073106, 9789811073113
  • 査読あり
• [雑誌論文] Targeted ablation of pancreatic β cells in medaka (2017)
  • 著者名/発表者名: Takayoshi Otsuka and Hiroyuki Takeda
  • 雑誌名: Zoological Science 巻: 印刷中
  • NAID: 40021219582
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Wnt11r is a myotome dorsalization factor during somite differentiation (2020)
  • 著者名/発表者名: Ann Kathrin Heilig, Atsuko Shimada, Ryohei Nakamura, Toru Kawanishi, Jochen Wittbrodt, Hiroyuki Takeda
  • 学会等名: The 26th Japanese Medaka and Zebrafish Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Coordinated growth of midline tissues in the zebrafish body axis elongation (2020)
  • 著者名/発表者名: Toru Kawanishi, HIroyuki Takeda, Sean Megason
  • 学会等名: 53rd Annual Meeting of the Japanese Society of Developmental Biology
  • 国際学会
• [学会発表] Coordinated growth of midline tissues in the zebrafish axis elongation (2019)
  • 著者名/発表者名: 2.Toru Kawanishi T, HIroyuki Takeda
  • 学会等名: 52nd Annual Meeting of the Japanese Society of Developmental Biology
• [学会発表] Zic1/Zic4 mediate between canonical Wnt signaling and Wnt11r during somite differentiation (2019)
  • 著者名/発表者名: Ann Kathrin Heilig, Atsuko Shimada, Ryohei Nakamura, Jochen Wittbrodt, Hiroyuki Takeda
  • 学会等名: 52nd Annual Meeting of the Japanese Society of Developmental Biology
• [学会発表] Zic1/Zic4 mediate between canonical Wnt signaling and Wnt11r during somite differentiation (2019)
  • 著者名/発表者名: Ann Kathrin Heilig, Atsuko Shimada, Ryohei Nakamura, Jochen Wittbrodt, Hiroyuki Takeda
  • 学会等名: 2nd JSDB-GfE Young scientist exchange meeting
• [学会発表] Coordinated growth of midline tissues in the zebrafish axis elongation (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawanishi T, Takeda H, Megason S
  • 学会等名: 52nd Annual Meeting of the Japanese Society of Developmental Biology
  • 国際学会
• [学会発表] Canonical and non-canonical Wnt signaling are linked by zic1/zic4 in dorsal somite patterning (2019)
  • 著者名/発表者名: Heilig AK, Nakamra R, Shimada A, Wittbrodt J, Takeda H
  • 学会等名: 52nd Annual Meeting of the Japanese Society of Developmental Biology
  • 国際学会
• [学会発表] Live-imaging and 3D analysis of zebrafish somite morphogenesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Tong Y, Kametani H, Shimada A, Akiyama M, Inoue Y, Takeda H
  • 学会等名: 12th Gfe School 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Coordinated tissue elongation in the zebrafish posterior body (2018)
  • 著者名/発表者名: Kawanishi T, Megason S
  • 学会等名: Japan-Tronto Morphogenesis Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Rotational cell migration: a new logic behind 3D somite morphogenesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Tong Y, Kametani H, Shimada A, Akiyama M, Inoue Y, Takeda H
  • 学会等名: Japan-Tronto Morphogenesis Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] 3D Cell behavior in zebrafish somite morphogenesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Tong Y, Kametani H, Shimada A, Akiyama M, Inoue Y, Takeda H
  • 学会等名: 第70回日本細胞生物学会 第51回日本発生生物学会合同大会
  • 国際学会
• [学会発表] Role of rotational collective cell migration in somite morphogenesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Kametani H, Tong Y, Shimada A, Takeda H
  • 学会等名: 第70回日本細胞生物学会 第51回日本発生生物学会合同大会
  • 国際学会
• [学会発表] 3D morphogenesis and dorsoventral patterning in zebrafish somites (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Takeda
  • 学会等名: 3D morphogenesis Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Cellular and molecular mechanisms for the establishment of the lifelong dorsoventral compartment boundary in the teleost trunk (2017)
  • 著者名/発表者名: Kota Abe
  • 学会等名: 18th International Congress of Developmental Biology
  • 国際学会
• [学会発表] ゼブラフィッシュ体節形態形成の3次元解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 仝 由悦
  • 学会等名: 日本発生生物学会第５０回大会
• [学会発表] Cellular and molecular mechanisms for the establishment of the dorsal and ventral compartments in the teleostsomite (2017)
  • 著者名/発表者名: 阿部 耕太
  • 学会等名: 日本発生生物学会第５０回大会
• [学会発表] Dorsoventral patterning and 3D morphogenesis of teleost somites. (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Takeda
  • 学会等名: Austria-Japan joint meeting "Understanding the logic behind developmental dynamics"at IST Austria
  • 発表場所: Klosterneuburg(Austria)
  • 年月日: 2016-11-28
  • 国際学会
• [学会発表] Toward understanding of the mechanical force during tissue morphogenesis in zebrafish (2016)
  • 著者名/発表者名: Harunobu Kametani
  • 学会等名: The Joint meeting of the 22nd International Congress of Zoology & the87th meeting of the Zoological Society of Japan
  • 発表場所: Okinawa Convention Center（沖縄県宜野湾市）
  • 年月日: 2016-11-14
  • 国際学会
• [学会発表] The establishment of the zic1-expression boundary that demarcates the dorso-ventral module in the medaka trunk throughout life. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kota Abe
  • 学会等名: The Joint meeting of the 22nd International Congress of Zoology & the87th meeting of the Zoological Society of Japan
  • 発表場所: Okinawa Convention Center（沖縄県宜野湾市）
  • 年月日: 2016-11-14
  • 国際学会
• [学会発表] Development of the zic-expressing dorsal compartment in fish and its implications for evolution of the vertebrate. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kota Abe
  • 学会等名: The Joint meeting of the 22nd International Congress of Zoology & the87th meeting of the Zoological Society of Japan
  • 発表場所: Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（沖縄県国頭郡）
  • 年月日: 2016-11-14
  • 国際学会
• [備考] 東京大学大学院理学系研究科生物科学専攻動物発生学研究室
  • URL: http://www.bs.s.u-tokyo.ac.jp/~hassei/index.html
• [備考] 東京大学大学院理学系研究科生物科学専攻動物発生学研究室
  • URL: http://www.bs.s.u-tokyo.ac.jp/~hassei/
• [備考]
  • URL: http://www.bs.s.u-tokyo.ac.jp/~hassei/index.html
• [備考] Virtual labratory of 3D Molphologic
  • URL: http://www.3d-logic.jp/publication.html
• [備考] 東京大学大学院理学系研究科生物科学専攻動物発生学研究室
  • URL: http://www.biol.s.u-tokyo.ac.jp/users/hassei/
• [備考] 東京大学大学院理学系研究科動物発生学研究室
  • URL: http://www.biol.s.u-tokyo.ac.jp/users/hassei/