発生脳における場の物性を制御する分子基盤

• 研究領域: 脳構築における発生時計と場の連携
• 研究課題/領域番号: 16H06484
• 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: 京都大学
• 研究代表者: 見学 美根子 京都大学, 高等研究院, 教授 (10303801)
• 研究期間 (年度): 2016-06-30 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 148,850千円 (直接経費: 114,500千円、間接経費: 34,350千円); 2020年度: 29,250千円 (直接経費: 22,500千円、間接経費: 6,750千円); 2019年度: 29,250千円 (直接経費: 22,500千円、間接経費: 6,750千円); 2018年度: 29,250千円 (直接経費: 22,500千円、間接経費: 6,750千円); 2017年度: 29,250千円 (直接経費: 22,500千円、間接経費: 6,750千円); 2016年度: 31,850千円 (直接経費: 24,500千円、間接経費: 7,350千円)
• キーワード: 発生・分化 / 細胞・組織 / 脳・神経

研究成果の概要

発生脳組織および細胞の力学的性質が、ニューロンの運命や細胞配置・形態を制御する機構を解析した。ニューロンは周辺組織の形状によりアクチン収縮力の発生場所を変えて遊走の駆動力を生み、特殊な核ラミナ構造により柔らかい核が微小管モーターの動的な力で変形や回転など複雑に運動し、周辺組織のずり応力をすり抜けるように輸送されることを見出した。また、ニューロン脳樹状突起形成において、樹状突起フィロポディアが空間の探査を行うメカノセンサーとして働き、突起間の衝突が起こらない空間分布を制御していることを証明した。さらに脳組織の柔らかさを再現するゲル基質を開発し、ニューロン分化誘導を促進するプロトコルを確立した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

これまでの脳発生研究は、化学シグナルの連鎖によるプログラムの進行と捉えられてきた。本研究は、ニューロンや脳組織の物理的な性質による空間的束縛の影響下で、脳皮質発生を担うニューロン細胞運動が効果的に駆動される力学的制御機構の一端を明らかにした点で、脳皮質構築の形成機構の理解にブレークスルーをもたらしたと考える。また、ニューロンの力学的性質を計測する微小力学計測技術を確立し、緻密な細胞配向と突起空間分布の再現が不可欠な脳組織のin vitro３Ｄ再構築の基盤技術に発展した。今後器質的に損傷した脳の再生医療分野に貢献できる可能性がある。

研究成果

• [国際共同研究] Mechanobiology Institute(シンガポール)
• [国際共同研究] Korean Brain Research Institute(韓国)
• [国際共同研究] Heidelberg University(ドイツ)
• [国際共同研究] Mechanobiology Institute(シンガポール)
• [国際共同研究] Korean Brain Research Institute(韓国)
• [国際共同研究] Heidelberg University(ドイツ)
• [国際共同研究] Mechanobiology Institute(シンガポール)
• [国際共同研究] Korean Brain Research Institute(韓国)
• [国際共同研究] Heidelberg University(ドイツ)
• [雑誌論文] ABCA13 dysfunction associated with psychiatric disorders causes impaired cholesterol trafficking (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakato Mitsuhiro、Shiranaga Naoko、Tomioka Maiko、Watanabe Hitomi、Kurisu Junko、Kengaku Mineko、Komura Naoko、Ando Hiromune、Kimura Yasuhisa、Kioka Noriyuki、Ueda Kazumitsu
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 296 ページ: 100166-100166
  • DOI: 10.1074/jbc.ra120.015997
  • NAID: 120007177776
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] βIII spectrin controls the planarity of Purkinje cell dendrites by modulating perpendicular axon-dendrite interactions (2020)
  • 著者名/発表者名: Fujishima Kazuto、Kurisu Junko、Yamada Midori、Kengaku Mineko
  • 雑誌名: Development 巻: 147 号: 24
  • DOI: 10.1242/dev.194530
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mechanical regulation of nuclear translocation in migratory neurons (2020)
  • 著者名/発表者名: N. Nakazawa and M. Kengaku
  • 雑誌名: Frontiers in Cell and Developmental Biology 巻: 8 ページ: 150-150
  • DOI: 10.3389/fcell.2020.00150
  • NAID: 120006813309
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Combined Cohesin-Runx1 Deficiency Synergistically Perturbs Chromatin Looping and Causes Myelodysplastic Syndromes (2020)
  • 著者名/発表者名: Ochi Y, Ogawa Seishi., et al.
  • 雑誌名: Cancer Discov 巻: - 号: 6 ページ: 836-853
  • DOI: 10.1158/2159-8290.cd-19-0982
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dendritic Self-Avoidance and Morphological Development of Cerebellar Purkinje Cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazuto Fujishima, Kelly Kawabata Galbraith and Mineko Kengaku
  • 雑誌名: The Cerebellum 巻: 17 号: 6 ページ: 701-708
  • DOI: 10.1007/s12311-018-0984-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiple roles of the actin and microtubule-regulating formins in the developing brain (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawabata Galbraith Kelly、Kengaku Mineko
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: 138 ページ: 59-69
  • DOI: 10.1016/j.neures.2018.09.008
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Cytoskeletal control of nuclear migration in neurons and non-neuronal cells (2018)
  • 著者名/発表者名: KENGAKU Mineko
  • 雑誌名: Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｊａｐａｎ Ａｃａｄｅｍｙ． Ｓｅｒ． Ｂ： Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ 巻: 94 号: 9 ページ: 337-349
  • DOI: 10.2183/pjab.94.022
  • NAID: 130007503358
  • ISSN: 0386-2208, 1349-2896
  • 年月日: 2018-11-09
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] MTSS1 Regulation of Actin-Nucleating Formin DAAM1 in Dendritic Filopodia Determines Final Dendritic Configuration of Purkinje Cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Kawabata Galbraith Kelly、Fujishima Kazuto、Mizuno Hiroaki、Lee Sung-Jin、Uemura Takeshi、Sakimura Kenji、Mishina Masayoshi、Watanabe Naoki、Kengaku Mineko
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 24 号: 1 ページ: 95-106
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2018.06.013
  • NAID: 120006489939
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Local traction force in the proximal leading process triggers nuclear translocation during neuronal migration (2018)
  • 著者名/発表者名: Umeshima Hiroki、Nomura Ken-ichi、Yoshikawa Shuhei、Horning Marcel、Tanaka Motomu、Sakuma Shinya、Arai Fumihito、Kaneko Makoto、Kengaku Mineko
  • 雑誌名: Neurosci Res. 巻: in press ページ: 38-48
  • DOI: 10.1016/j.neures.2018.04.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nesprins and opposing microtubule motors generate a point force that drives directional nuclear motion in migrating neurons (2018)
  • 著者名/発表者名: Wu You Kure、Umeshima Hiroki、Kurisu Junko、Kengaku Mineko
  • 雑誌名: Development 巻: 145 号: 5
  • DOI: 10.1242/dev.158782
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Surface chemistry for cytosolic gene delivery and photothermal transgene expression by gold nanorods (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakatsuji Hirotaka、Kawabata Galbraith Kelly、Kurisu Junko、Imahori Hiroshi、Murakami Tatsuya、Kengaku Mineko
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 7 号: 1 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1038/s41598-017-04912-1
  • NAID: 120006323754
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Thyroid hormone induces PGC-1α during dendritic outgrowth in mouse cerebellar Purkinje cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Hatsukano T., Kurisu J., Fukumitsu K., Fujishima K., and Kengaku M.
  • 雑誌名: Front. Cell. Neurosci. 巻: 印刷中 ページ: 1-14
  • DOI: 10.3389/fncel.2017.00133
  • NAID: 120006318874
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Neuronal migration in 3D brain tissue. (2020)
  • 著者名/発表者名: 見学美根子
  • 学会等名: 第14回ニッチ脳神経脈管カンファレンス
  • 招待講演
• [学会発表] Mechanical stress by extracellular confinement trigger a mode transition of neuronal migration. (2020)
  • 著者名/発表者名: Naotaka Nakazawa, Gianluca Grenci, Mineko Kengaku
  • 学会等名: 第58回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Beta IIIスペクトリンのプルキンエ細胞-平行線維間の直交回路形成における役割. (2020)
  • 著者名/発表者名: 藤島和人、見学美根子
  • 学会等名: 第43回日本神経科学大会
• [学会発表] The dynamic interplay between microtubule-based motors and nuclear movement in migrating cerebellar granule cells. (2020)
  • 著者名/発表者名: Chuying Zhou, You Kure Wu, Mineko Kengaku
  • 学会等名: 第43回日本神経科学大会
• [学会発表] Cytoskeletal regulation of Purkinje cell dendritic arbor morphology. プルキンエ細胞樹状突起形態形成の細胞骨格制御メカニズム (2020)
  • 著者名/発表者名: Kazuto Fujishima, Mineko Kengaku
  • 学会等名: 第53回日本発生生物学会年会
• [学会発表] Nuclear Migration in 3D Brain Tissue Driven by Cytoskeletal Forces. (2019)
  • 著者名/発表者名: You Kure Wu, Chuying Zhou, Hiroki Umeshima, Naotaka Nakazawa, Mineko Kengaku
  • 学会等名: 20th LSACJ2019-International Conference on Interdisciplinary Life Sciences 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Cytoskeletal forces driving nuclear migration in developing neurons. (2019)
  • 著者名/発表者名: Mineko Kengaku, You Kure Wu, Naotaka Nakazawa, Gianluca Grenci
  • 学会等名: The 10th IBRO World Congress of Neuroscience IBRO2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Cell-extrinsic control of dendritic tree patterns of the cerebellar Purkinje cell. (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazuto Fujishima, Kelly Kawabata-Galbraith, Mineko Kengaku
  • 学会等名: Current Trends and Future Directions of Synapse-Circuit Plasticity Research
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 発生中のニューロン核移動を制御する細胞骨格モーターの力発生機構. (2019)
  • 著者名/発表者名: 呉攸、Chuying Zhou、梅嶋宏樹、Gianluca Grenci、中澤直高、見学美根子
  • 学会等名: 第52回日本発生生物学会年会
• [学会発表] 脳発生におけるニューロン突起パターンと回路のジオメトリーを決定する分子細胞機構. (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤島和人、山田緑、栗栖純子、見学美根子
  • 学会等名: 第52回日本発生生物学会年会
• [学会発表] High resolution imaging of cytoskeletal dynamics in developing neurons. (2019)
  • 著者名/発表者名: Mineko Kengaku
  • 学会等名: Carl Zeiss Microscopy Seminar
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Cytoskeletal control of neuronal migration in the developing brain. (2019)
  • 著者名/発表者名: Mineko Kengaku
  • 学会等名: The SPIRITS International Symposium-2019 Regulation of cell fate and disease treatment
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] High-resolution Imaging of Neuronal Migration in the Developing Brain. (2018)
  • 著者名/発表者名: Mineko Kengaku
  • 学会等名: Kyoto University-UCLA International Symposium/25th iCeMS International Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Cytoskeletal control of nuclear movement during neuronal migration. (2018)
  • 著者名/発表者名: Mineko Kengaku
  • 学会等名: Capital Medical University Symposium ‘A New Era of Molecular and Cellular Neuroscience’
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 培養再構成系を用いた脳発生研究. Studying cell dynamics in the developing brain using in vitro reconstruction systems. (2018)
  • 著者名/発表者名: 見学美根子
  • 学会等名: 第41回日本神経科学大会
  • 招待講演
• [学会発表] Dynamics and mechanisms of nuclear migration in brain cells. (2018)
  • 著者名/発表者名: Mineko Kengaku
  • 学会等名: iCeMS-iTHEMS Joint Workshop on Interdisciplinary Biology
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular mechanism of cytoarchitecture formation of cerebellar neurons. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazuto Fujishima and Mineko Kengaku
  • 学会等名: The 3rd Japan-US Technical Information Exchange Forum Blast Injury
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 小脳皮質形成を司る細胞骨格分子のダイナミクスとその制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 見学美根子
  • 学会等名: 立命館大学システム視覚科学研究センターセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Developing neurons on the move - dynamic sculpting of one-of-a-kind dendritic trees. (2017)
  • 著者名/発表者名: Mineko Kengaku
  • 学会等名: BSI Retreat 2017
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular basis of the mechanical force driving neuronal migration in the developing brain. (2017)
  • 著者名/発表者名: Mineko Kengaku, You Kure Wu and Hiroki Umeshima
  • 学会等名: Joint Meeting of the German and Japanese Societies of Developmental Biologists
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 移動ニューロンの核ダイナミクスを制御する細胞骨格. Cytoskeletal control of dynamic motility of the nucleus during neuronal migration. (2016)
  • 著者名/発表者名: 見学美根子、呉攸、梅嶋宏樹
  • 学会等名: 第39回日本神経科学大会
  • 招待講演
• [学会発表] The molecular nature of the force driving nuclear transport during neuronal migration. (2016)
  • 著者名/発表者名: Mineko Kengaku
  • 学会等名: Swiss-Kyoto Joint Symposium on Life Science
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Mechanics underlying cell architecture formation in the developing brain. (2016)
  • 著者名/発表者名: Mineko Kengaku
  • 学会等名: Center for Functional Connectomics Seminar, Korea Institute of Science and Technology
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 京大発！ フロンティア生命科学 (2018)
  • 著者名/発表者名: 京都大学大学院生命科学研究科
  • 総ページ数: 336
  • 出版者: 講談社サイエンティフィク
  • ISBN: 9784065038017
• [図書] 脳神経化学 (2018)
  • 著者名/発表者名: 森 泰生、尾藤 晴彦
  • 総ページ数: 368
  • 出版者: 化学同人
  • ISBN: 9784759817263
• [備考] 脳構築における発生時計と場の連携
  • URL: http://www.time.icems.kyoto-u.ac.jp/