組織の折りたたみと管形成の力学制御－神経管形成をモデルとして－

• 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: 15H05865
• 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: 基礎生物学研究所
• 研究代表者: 上野 直人 基礎生物学研究所, 形態形成研究部門, 教授 (40221105)
• 研究分担者: 鈴木 誠 広島大学, 両生類研究センター, 助教 (10533193)
• 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: 166,790千円 (直接経費: 128,300千円、間接経費: 38,490千円); 2019年度: 32,370千円 (直接経費: 24,900千円、間接経費: 7,470千円); 2018年度: 32,500千円 (直接経費: 25,000千円、間接経費: 7,500千円); 2017年度: 32,500千円 (直接経費: 25,000千円、間接経費: 7,500千円); 2016年度: 32,500千円 (直接経費: 25,000千円、間接経費: 7,500千円); 2015年度: 36,920千円 (直接経費: 28,400千円、間接経費: 8,520千円)
• キーワード: 発生 / 神経管形成 / ライブイメージング / 細胞移動 / 細胞変形 / 細胞変型

研究成果の概要

中枢神経系は、神経管閉鎖と呼ばれる神経細胞のシートの閉鎖運動によって形成される。閉鎖過程で神経上皮細胞は円柱状からくさび形に変化し、また上皮シートを折りたたむために、頂端収縮と呼ばれる細胞の形の変化が神経板を内側に折りたたむ物理的な力を生成する。その後、屈曲した神経板両端は背側表面の上に盛り上がり、最終的に背側正中線に向かって接近し、最終的には融合して神経管を形成する。本研究では、細胞の形状変化や組織の硬さなどの物性に焦点を当てて、神経組織の折り畳みのメカニズムを調べ、細胞内カルシウム濃度の振動とそれに続く神経上皮組織の弾性上昇がこの形態形成に不可欠であることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

神経管閉鎖はヒトの発生においても中枢神経系を正しく形成するために極めて重要な現象であり、神経管閉鎖異常は二分脊椎症などの重篤な先天異常を引きおこす。神経管閉鎖異常は多様な原因が考えられているが、本研究では基本的な細胞・組織メカニズムを明らかにすることにより、どのようなプロセスに異常があると閉鎖が不全となるのかという重要なメカニズムを明らかにし、発生生物学への学術的貢献ばかりでなく、神経管閉鎖不全という先天異常の病因解明の観点から基礎医学にも貢献した。

研究成果

• [雑誌論文] Mechanical Stress Regulates Epithelial Tissue Integrity and Stiffness through the FGFR/Erk2 Signaling Pathway during Embryogenesis (2020)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita Noriyuki、Hashimoto Yutaka、Yasue Naoko、Suzuki Makoto、Cristea Ileana M.、Ueno Naoto
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 30 号: 11 ページ: 3875-3888
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.02.074
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mechanical Force Induces Phosphorylation-Mediated Signaling that Underlies Tissue Response and Robustness in Xenopus Embryos (2019)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto Yutaka、Kinoshita Noriyuki、Greco Todd M.、Federspiel Joel D.、Jean Beltran Pierre M.、Ueno Naoto、Cristea Ileana M.
  • 雑誌名: Cell Systems 巻: 8 号: 3 ページ: 226-241
  • DOI: 10.1016/j.cels.2019.01.006
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Elasticity-based boosting of neuroepithelial nukleokinesis via indirect energy transfer from mother to daughter (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomoyasu Shinoda, Arata Nagasaka, Yasuhiro Inoue, Ryo Higuchi, Yoshiaki Minami, Kagayaki Kato, Makoto Suzuki, Takefumi Kondo, Takumi Kawaue, Kanako Saito, Naoto Ueno, Yugo Fukazaawa, Masaharu Nagayama, Takashi Miura, Taiji Adachi, Takaki Miyata
  • 雑誌名: PLoS Biology 巻: 16 号: 4 ページ: 2004426-2004426
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.2004426
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Intracellular calcium signal at the leading edge regulates mesodermal sheet migration during Xenopus gastrulation. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hayashi, K., Yamamoto, T. S. and Ueno, N.
  • 雑誌名: Sci. Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 2433-2433
  • DOI: 10.1038/s41598-018-20747-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genes coding for Cyclin-dependent Kinase Inhibitors are Fragile in Xenopus. (2017)
  • 著者名/発表者名: Toshiaki Tanaka*, Haruki Ochi, Shuji Takahashi, Naoto Ueno, and Masanori Taira.
  • 雑誌名: Developmental Biology 巻: 印刷中 号: 2 ページ: 30055-0
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2016.06.019
  • NAID: 120006605591
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] SHISA6 Confers Resistance to Differentiation-Promoting Wnt/β-Catenin Signaling in Mouse Spermatogenic Stem Cells. (2017)
  • 著者名/発表者名: Tokue M, Ikami K, Mizuno S, Takagi C, Miyagi A, Takada R, Noda C, Kitadate Y, Hara K, Mizuguchi H, Sato T, Taketo MM, Sugiyama F, Ogawa T, Kobayashi S, Ueno N, Takahashi S, Takada S, Yoshida S.
  • 雑誌名: Stem Cell Reports. 巻: 8 号: 3 ページ: 561-575
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2017.01.006
  • NAID: 120005997826
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Distinct intracellular Ca2+ dynamics regulate apical constriction and differentially contribute to neural tube closure. (2017)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, M., Sato, M., Koyama, H., Hara, Y., Hayashi, K., Yasue, N., Imamura, H., Fujimori, T., Nagai, T., Campbell, RE., Ueno, N.
  • 雑誌名: Development. 巻: 144 号: 7 ページ: 1307-1316
  • DOI: 10.1242/dev.141952
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Tracking dynamics of histone H3 lysine 9 acetylation in Xenopus laevis tail regeneration (2016)
  • 著者名/発表者名: Suzuki M, Takagi C, Miura S, Sakane Y, Sakuma T, Sakamoto N, Endo T, Kamei Y, Kimura H, Yamamoto T, Ueno N, Suzuki K
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: Vol.21 (4) 号: 4 ページ: 358-369
  • DOI: 10.1111/gtc.12349
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mechanical roles of apical constriction, cell elongation, and cell migration during neural tube formation in Xenopus, Biomechanics and Modeling in Mechanobiology (2016)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Inoue, Makoto Suzuki, Tadashi Watanabe, Naoko Yasue, Itsuki Tateo, Taiji Adachi, Naoto Ueno
  • 雑誌名: Biomechanics and Modeling in Mechanobiology 巻: 15 号: 6 ページ: 1733-1746
  • DOI: 10.1007/s10237-016-0794-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Physical association between a novel plasma-membrane structure and centrosome orients cell division. (2016)
  • 著者名/発表者名: Negishi, T., Miyazaki, N., Murata, K., Yasuo, H. and Ueno, N.
  • 雑誌名: eLife 巻: e16550
  • DOI: 10.7554/elife.16550
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Differences in the Mechanical Properties of the Developing Cerebral Cortical Proliferative Zone between Mice and Ferrets at both the Tissue and Single-Cell Levels. (2016)
  • 著者名/発表者名: Nagasaka, A., Shinoda, T., Kawaue, T., Suzuki, M., Nagayama, K., Matsumoto, T., Ueno, N., Kawaguchi, A. and Miyata, T.
  • 雑誌名: Front Cell Dev. Biol. 巻: 25 ページ: 139-139
  • DOI: 10.3389/fcell.2016.00139
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Conservation of structure and function in vertebrate c-FLIP proteins despite rapid evolutionary change. (2015)
  • 著者名/発表者名: Sakamaki, K., Iwabe, N., Iwata, H., Imai, K., Takagi, C., Chiba, K., Shukunami, C., Tomii, K., and Ueno, N.
  • 雑誌名: Biochemistry and Biophysics Report 巻: 3 ページ: 175-189
  • DOI: 10.1016/j.bbrep.2015.08.005
  • NAID: 120005656531
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] G protein-coupled receptors Flop1 and Flop2 inhibit Wnt/β-catenin signaling and are essential for head formation in Xenopus. (2015)
  • 著者名/発表者名: Miyagi, A., Negishi, T., Yamamoto, T.S., and Ueno, N.
  • 雑誌名: Developmental Biology 巻: 407 号: 1 ページ: 131-144
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2015.08.001
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Mechanical stress regulates epithelial tissue integrity during Xenopus embryogenesis (2019)
  • 著者名/発表者名: Naoto Ueno
  • 学会等名: EMBO/EMBL symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Value of joining GBI -Japan’s perspective as an established imaging infrastructure (2018)
  • 著者名/発表者名: Naoto Ueno
  • 学会等名: The 3rd GBI Exchange of Experience workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Calcium dynamics and tissue mechanics of vertebrate neural tube closure (2018)
  • 著者名/発表者名: Naoto Ueno
  • 学会等名: Indian Societ of Developmental Biologists
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A unique membrane structure that determines the orientation of cell division (2017)
  • 著者名/発表者名: 上野直人
  • 学会等名: Japan-Austria joint meeting “Understanding the logic behind developmental dynamics”
  • 発表場所: IST Austria（Klosterneurburg, Austria)
  • 年月日: 2017-03-17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 動物発生のバイオメカニクス (2017)
  • 著者名/発表者名: 上野直人, 鈴木誠, 根岸剛文
  • 学会等名: 日本機械学会 第29回バイオエンジニアリング講演会
  • 発表場所: ウインクあいち（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2017-01-09
  • 招待講演
• [学会発表] A Novel Membrane Invagination Controls Oriented Cell Division in Ascidian Embryo (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoto Ueno
  • 学会等名: 18th International Congress of Developmental Biology
  • 招待講演
• [学会発表] Intercellular calcium dynamics shapes Xenopus neural tube (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoto Ueno
  • 学会等名: Japan-UCI Meeting on 3D Morphogenesis
• [学会発表] Membrane dynamics of ascidion embryo controls the orientation of cell division (2016)
  • 著者名/発表者名: 上野直人
  • 学会等名: Japan-Austria joint meeting “Understanding the logic behind developmental dynamics”
  • 発表場所: IST Austria （Klosterneuburg, Austria)
  • 年月日: 2016-11-28
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Measurement of force field during the collective cell migration of Xenopus embryonic cells (2016)
  • 著者名/発表者名: 上野直人
  • 学会等名: 16th International Xenopus Conference
  • 発表場所: Orthodox Academy of Crete (ギリシャ）
  • 年月日: 2016-08-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 器官形成におけるカルシウムダイナミクス (2015)
  • 著者名/発表者名: 上野直人
  • 学会等名: 第13回糖鎖科学コンソーシアムシンポジウム
  • 発表場所: ウインクあいち, 愛知県名古屋市
  • 年月日: 2015-10-19
  • 招待講演
• [学会発表] Cell and Tissue Dynamics of Neural Tube Formation. (2015)
  • 著者名/発表者名: Naoto Ueno, Makoto Suzuki, Hiroshi Koyama and Yasuhiro Inoue.
  • 学会等名: iCeMS International Symposium
  • 発表場所: Yoshida Campus, Kyoto University, 京都府京都市
  • 年月日: 2015-09-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Calcium Dynamics Shapes the Neural Tube. (2015)
  • 著者名/発表者名: Naoto Ueno and Matoko Suzuki
  • 学会等名: The 3rd Asia-Pacific Developmental Biology Conference
  • 発表場所: Xi-An, China
  • 年月日: 2015-09-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 生物の3D形態を構築するロジック
  • URL: http://www.3d-logic.jp/
• [備考] 生物の３D形態を構築するロジック
  • URL: http://www.3d-logic.jp/
• [備考] 生物の３Ｄ形態を構築するロジック
  • URL: http://www.3d-logic.jp
• [備考] 3D MORPHOLOGIC -生物の3D形態を構築するロジック-
  • URL: http://www.3d-logic.jp/
• [備考] 生物の３D形態を構築するロジック
  • URL: http://www.3d-logic.jp/index.html