ショウジョウバエを用いた細胞ダイバーシティーの個体レベルでの解析と検証

• 研究領域: 細胞社会ダイバーシティーの統合的解明と制御
• 研究課題/領域番号: 17H06332
• 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: 複合領域
• 研究機関: 東京大学 (2021); 東北大学 (2017-2020)
• 研究代表者: 中嶋 悠一朗 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 講師 (90782152)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 62,790千円 (直接経費: 48,300千円、間接経費: 14,490千円); 2021年度: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円); 2020年度: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円); 2019年度: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円); 2018年度: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円); 2017年度: 15,990千円 (直接経費: 12,300千円、間接経費: 3,690千円)
• キーワード: 細胞多様性 / 細胞可塑性 / 幹細胞 / 栄養 / 老化 / 腫瘍 / シングルセル / 数理モデル / 細胞分化 / 組織恒常性 / 恒常性維持

研究成果の概要

生体中の臓器や組織においては、様々な細胞タイプで構成される細胞ダイバーシティーが、恒常性の維持や内外の摂動に対応するために重要である。本研究では、ショウジョウバエ中腸を生体モデルとして、幹細胞を起点とした細胞ダイバーシティーを維持する仕組みの解明とその生理的な役割の解明を目指した。1) 栄養変化や2) 腫瘍移植、3) 老化、という異なる摂動を与えた前後の腸管における組織レベルの応答や細胞種ごとの動態を解析したところ、特徴的な細胞応答を見出すことができた。遺伝学的な解析とシングルセル解析や数理モデルを組み合わせることで、細胞ダイバーシティーを支える新たな原理の発見と検証が実現可能となった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ヒトを含む多細胞生物の臓器は、様々な細胞タイプが適切な細胞数で存在する細胞ダイバーシティーを形成することで、環境変化や摂動に応答しながらもロバストに恒常性を維持する。本研究では、個体レベルの解析に適したシンプルな臓器であるショウジョウバエ成虫の腸管上皮をモデルとして、幹細胞を起点とした細胞ダイバーシティーを維持する仕組みとその生理的な役割の解明を目指した。1) 栄養変化、2) 腫瘍移植、3) 老化、という異なる摂動を与えた前後の腸管に細胞ダイバーシティー変化を細胞や分子レベルで捉えることに成功し、数理モデルを含む融合アプローチを導入した。

研究成果

• [国際共同研究] Stowers Institute for Medical Research(米国)
• [国際共同研究] Stowers Institute for Medical Research(米国)
• [雑誌論文] Cellular mechanisms underlying adult tissue plasticity in <i>Drosophila</i> (2022)
  • 著者名/発表者名: Nagai Hiroki、Miura Masayuki、Nakajima Yu-ichiro
  • 雑誌名: Fly 巻: 16 号: 1 ページ: 190-206
  • DOI: 10.1080/19336934.2022.2066952
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Regeneration Potential of Jellyfish: Cellular Mechanisms and Molecular Insights (2021)
  • 著者名/発表者名: Fujita Sosuke、Kuranaga Erina、Nakajima Yu-ichiro
  • 雑誌名: Genes 巻: 12 号: 5 ページ: 758-758
  • DOI: 10.3390/genes12050758
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Scrib module proteins: Control of epithelial architecture and planar spindle orientation (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakajima Yu-ichiro
  • 雑誌名: The International Journal of Biochemistry &amp; Cell Biology 巻: 136 ページ: 106001-106001
  • DOI: 10.1016/j.biocel.2021.106001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 細胞多様性研究の新展開 ~1細胞解析によるブレイクスルー~ (2021)
  • 著者名/発表者名: 長井広樹, 中嶋悠一朗
  • 雑誌名: アグリバイオ 巻: 5 ページ: 45-51
  • NAID: 40022631896
• [雑誌論文] Analysis of Epithelial Architecture and Planar Spindle Orientation in the Drosophila Wing Disc (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakajima Yu-ichiro
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: - ページ: 51-62
  • DOI: 10.1007/7651_2020_340
  • ISBN: 9781071615690, 9781071615706
  • 査読あり
• [雑誌論文] 1細胞解析とショウジョウバエモデルから切り拓く細胞多様性研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 長井広樹, 中嶋悠一朗
  • 雑誌名: 月刊「細胞」 巻: 52 ページ: 53-57
• [雑誌論文] Junctional tumor suppressors interact with 14-3-3 proteins to control planar spindle alignment (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakajima Yu-ichiro、Lee Zachary T.、McKinney Sean A.、Swanson Selene K.、Florens Laurence、Gibson Matthew C.
  • 雑誌名: Journal of Cell Biology 巻: 218 号: 6 ページ: 1824-1838
  • DOI: 10.1083/jcb.201803116
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cell proliferation controls body size growth, tentacle morphogenesis, and regeneration in hydrozoan jellyfish Cladonema pacificum (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujita Sosuke、Kuranaga Erina、Nakajima Yu-ichiro
  • 雑誌名: PeerJ 巻: 7 ページ: e7579-e7579
  • DOI: 10.7717/peerj.7579
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mitotic spindle orientation in epithelial homeostasis and plasticity (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakajima Yu-ichiro
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: 164 号: 4 ページ: 277-284
  • DOI: 10.1093/jb/mvy064
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Caspase-dependent non-apoptotic processes in development (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakajima Yu-ichiro、Kuranaga Erina
  • 雑誌名: Cell Death Differ. 巻: 24 号: 8 ページ: 1422-1430
  • DOI: 10.1038/cdd.2017.36
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Pins suppresses abnormal cell-fate reprogramming during wing regeneration in Drosophila. (2021)
  • 著者名/発表者名: 中嶋悠一朗
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 腸管上皮の栄養応答における細胞運命の可塑性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中嶋 悠一朗
  • 学会等名: 細胞社会ダイバーシティーの統合的解明と制御・第6回公開シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] ショウジョウバエ腸管を用いた栄養応答における細胞ダイバーシティーの理解 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中嶋 悠一朗
  • 学会等名: 東京工業大学 Cell Biology Center Colloquium
  • 招待講演
• [学会発表] Toward understanding mechanisms of tissue homeostasis and environmental responses (2020)
  • 著者名/発表者名: 中嶋悠一朗
  • 学会等名: Seminar at Amherst College, USA
  • 招待講演
• [学会発表] 栄養環境変化が引き起こすショウジョウバエ腸内分泌細胞の脱分化現象 (2020)
  • 著者名/発表者名: 長井 広樹,倉永,英里奈,中嶋 悠一朗
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] ショウジョウバエ中腸における加齢によるカスパーゼ活性化とその生理的役割 (2020)
  • 著者名/発表者名: 中嶋 悠一朗
  • 学会等名: 新学術領域「細胞ダイバース」 第3回若手ワークショップ
• [学会発表] ショウジョウバエ腸管幹細胞の多様性形成機序の理解に向けた細胞系譜解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 長井 広樹,倉永 英里奈,中嶋 悠一朗
  • 学会等名: 第 5 回公開シンポジウム「多面的 1 細胞解析技術が解き明かす細胞社会ダイバーシティー」
• [学会発表] ショウジョウバエ個体を用いたがんモデルによる腫瘍-宿主間相互作用の理解 (2020)
  • 著者名/発表者名: 中嶋 悠一朗
  • 学会等名: 新学術(シンギュラリティ×細胞ダイバース)合同ワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] ショウジョウバエ個体における腫瘍-宿主間相互作用を介したがん転移メカニズムの解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 河井 陽一,中嶋悠一朗
  • 学会等名: 新学術領域「細胞ダイバース」 第3回若手ワークショップ
• [学会発表] 損傷非依存的な腸分泌細胞から腸管幹細胞への脱分化現象の同定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 長井広樹,中嶋悠一朗
  • 学会等名: 新学術領域「細胞ダイバース」 第3回若手ワークショップ
• [学会発表] Pins suppresses abnormal cell-fate reprogramming during Drosophila wing regeneration (2019)
  • 著者名/発表者名: 石原史哉, 倉永英里奈, 中嶋 悠一朗
  • 学会等名: International Symposium: Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality
  • 国際学会
• [学会発表] Dissecting mechanisms of tumor growth and metastasis during tumor-host interactions in Drosophila (2019)
  • 著者名/発表者名: 中嶋 悠一朗
  • 学会等名: The 9th EMT International Association Meeting-Early Career Researcher Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Dissecting mechanisms of tumor growth and metastasis during tumor-host interactions in Drosophila (2019)
  • 著者名/発表者名: 長谷川景太, 河井陽一, 倉永英里奈, 中嶋 悠一朗
  • 学会等名: The 9th EMT International Association Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Tumor growth and metastasis through tumor-host interactions in Drosophila (2019)
  • 著者名/発表者名: 河井陽一, 長谷川景太, 倉永英里奈, 中嶋 悠一朗
  • 学会等名: Tohoku University Thematic Forum for Creativity "Cancer - from Biology to Acceptance -
  • 国際学会
• [学会発表] Non-autonomous stress responses during tumor-host interactions in Drosophila (2019)
  • 著者名/発表者名: 中嶋 悠一朗
  • 学会等名: Tohoku University Thematic Forum for Creativity "Cancer - from Biology to Acceptance -
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Temperature shift controls life cycle and morphological changes in hydrozoan jellyfish Cladonema pacificum (2019)
  • 著者名/発表者名: 中嶋 悠一朗, 冨士田壮佑, 高嶋春奈, 倉永英里奈
  • 学会等名: At the roots of bilaterian complexity: insights from early emerging metazoans
  • 国際学会
• [学会発表] Non-autonomous stress responses in the host intestine function as a tumor-suppressive mechanism in Drosophila (2019)
  • 著者名/発表者名: 中嶋悠一朗
  • 学会等名: Barcelona BioMed Conference Drosophila as a cancer model
• [学会発表] 組織恒常性・病態・環境応答を 細胞の振る舞いから理解する Understanding cellular logic of tissue homeosta (2019)
  • 著者名/発表者名: 中嶋悠一朗
  • 学会等名: 第9回FRIS Hub Meeting
• [学会発表] Tissue homeostasis, diseases and environmental responses (2019)
  • 著者名/発表者名: 中嶋 悠一朗
  • 学会等名: 第 4 回 FRIS 若手研究者学際融合領域研究会
• [学会発表] ショウジョウバエ中腸における加齢によるカスパーゼ活性化と組織恒常性への影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田中芳音, 倉永英里奈, 中嶋 悠一朗
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Cell Fate Control during Epithelial Homeostasis, Diseases and Environmental Responses (2019)
  • 著者名/発表者名: 中嶋 悠一朗
  • 学会等名: THE 4th MORPHOMEOSTASIS MEETING
  • 招待講演
• [学会発表] エダアシクラゲ メデューサの再生における細胞メカニズムの解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 冨士田 壮佑, 倉永 英里奈, 中嶋 悠一朗
  • 学会等名: 第二回再生学異分野融合研究会
• [学会発表] エダアシクラゲにおける触手再生メカニズムの解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 冨士田 壮佑, 倉永 英里奈, 中嶋 悠一朗
  • 学会等名: 日本動物学会・令和元年度東北支部大会
• [学会発表] ショウジョウバエ腫瘍移植モデルにおける細胞ダイバーシティー (2019)
  • 著者名/発表者名: 長谷川景太, 河井陽一, 倉永英里奈, 中嶋 悠一朗
  • 学会等名: 細胞社会ダイバーシティーの統合的解明と制御・第4回公開シンポジウム「1細胞解析と数理モデリングの融合がもたらす細胞社会ダイバーシティーの理解」
• [学会発表] ショウジョウバエ腫瘍-宿主相互作用における細胞ダイバーシティーの理解 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中嶋 悠一朗
  • 学会等名: 第19回日本蛋白質科学会年会・第71回日本細胞生物 学会大会 合同年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] Cell fate control during epithelial homeostasis and environmental response (2019)
  • 著者名/発表者名: 中嶋 悠一朗
  • 学会等名: The 1st Interdisciplinary Medical Research meeting
  • 招待講演
• [学会発表] Environmental control of life cycle and morphological changes in jellyfish Cladonema pacifica (2019)
  • 著者名/発表者名: Yu-ichiro Nakajima, Sosuke Fujita, Haruna Takashima and Erina Kuranaga
  • 学会等名: Janelia Conference New Genetic Tools for Non-model Organisms
  • 国際学会
• [学会発表] ショウジョウバエ病態モデルにおける細胞ダイバーシティー変化を理解する (2019)
  • 著者名/発表者名: 中嶋 悠一朗
  • 学会等名: 細胞ダイバース・第２回若手シンポジウム
• [学会発表] ショウジョウバエ病態モデルを用いた細胞ダイバーシティーの理解 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中嶋 悠一朗
  • 学会等名: 細胞社会ダイバーシティーの統合的解明と制御・第2回公開シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Environmental control of life cycle in jellyfish Cladonema pacifica (2018)
  • 著者名/発表者名: Sosuke Fujita, Haruna Takashima, Erina Kuranaga and Yu-ichiro Nakajima
  • 学会等名: First Biennial Cnidofest: The Cnidarian Model Systems Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Pinsはショウジョウバエ翅原基の再生過程において異常な細胞運命の転換を抑制する (2018)
  • 著者名/発表者名: 石原文哉, 倉永英里奈, 中嶋 悠一朗
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [学会発表] ショウジョウバエ腸管の生理的および病態変化における細胞ダイバーシティーの理解に向けて (2018)
  • 著者名/発表者名: 中嶋悠一朗, 長谷川景太, 田中芳音, 倉永英里奈
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Study of body-growth and regeneration in medusa jellyfish (2018)
  • 著者名/発表者名: 冨士田壮佑, 倉永英里奈, 中嶋 悠一朗
  • 学会等名: 日本動物学会 第89回札幌大会
• [学会発表] Investigation for tumor-host interactions in the Drosophila tumor microenvironment (2018)
  • 著者名/発表者名: 長谷川景太, 倉永英里奈, 中嶋悠一朗
  • 学会等名: JDRC13(日本ショウジョウバエ研究集会）
• [学会発表] Cell fate control during development, disease and environmental responses (2018)
  • 著者名/発表者名: 中嶋 悠一朗
  • 学会等名: 第3回FRIS若手研究者学際融合領域研究会プログラム
• [学会発表] Environmental control of cell fate and life cycle (2018)
  • 著者名/発表者名: 中嶋 悠一朗
  • 学会等名: The 3rd Morphomeostasis meeting
• [学会発表] Studing interactions between tumor cells and surrounding normal cells in the tumor-microenvironment using Drosophila (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Nakajima
  • 学会等名: 細胞社会ダイバーシティーの統合的解明と制御・第１回公開シンポジウム
• [学会発表] ショウジョウバエを用いた生体内がん微小環境および全身性応答の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 中嶋悠一朗
  • 学会等名: 細胞社会ダイバーシティーの統合的解明と制御・第１回若手シンポジウム
• [学会発表] Abberant planar spindle orientation induces epithelial plasticity in Drosophila (2017)
  • 著者名/発表者名: Yu-ichiro Nakajima, Christopher Seidel, Matthew Gibson
  • 学会等名: 58th Annual Drosophila Research Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Cell fate plasticity during homeostasis, regeneration and a life cycle (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Nakajima
  • 学会等名: The 2nd Morphomeostasis meeting
• [学会発表] 自分らしいサイエンスを求めて～日本、アメリカ、また日本 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中嶋 悠一朗
  • 学会等名: 第69回 日本細胞生物学会大会 細胞生物若手の会主催 シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Cell fate change and plasticity in life cycles (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Nakajima
  • 学会等名: 第2回 FRIS 若手研究者学際融合領域研究会
• [学会発表] Comparative analysis of cell proliferation in hydrozoan jelllyfish (2017)
  • 著者名/発表者名: Sosuke Fujita, Erina Kuranaga, Yu-ichiro Nakajima
  • 学会等名: 日本動物学会第88回富山大会
• [学会発表] Towards understanding epithelial homeostasis and cell fate plasticity during a life cycle (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Nakajima
  • 学会等名: Seminar at Observatoire Oc_anologique de Villefranche-sur-Mer, France
  • 招待講演
• [学会発表] Tissue homeostasis and cellular plasticity in proliferating epithelia (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Nakajima
  • 学会等名: Seminar at Max Planck Institute for Heart and Lung Research, Germany
  • 招待講演
• [学会発表] Tissue injury can induce cell-fate reprogramming in the Drosophila wing disc (2017)
  • 著者名/発表者名: Fumiya Ishihara, Erina Kuranaga, Yu-ichiro Nakajima
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会（ConBio2017)
• [学会発表] Analysis for the interaction between tumor cells and surrounding cells in tumor microenvironment using Drosophila (2017)
  • 著者名/発表者名: Keita Hasegawa, Erina Kuranaga, Yu-ichiro Nakajima
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会（ConBio2017)
• [備考] 中嶋悠一朗 助教『Methods in Molecular Biology』に論文掲載
  • URL: https://www.fris.tohoku.ac.jp/feature/topics/detail---id-861.html
• [備考] がん抑制因子による上皮の細胞分裂方向の制御機構を解明
  • URL: https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2019/06/press-20190607-YN-domestic.html
• [備考] クラゲの体の成長や触手の発生・再生には細胞増殖が必須
  • URL: https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2019/09/press20190904-01-jellyfish.html
• [備考] 中嶋悠一朗助教『The Journal of Biochemistry』に論文掲載
  • URL: https://www.fris.tohoku.ac.jp/feature/topics/detail---id-516.html
• [備考] 『Cell Death & Differentiation』に総説論文掲載
  • URL: http://www.fris.tohoku.ac.jp/feature/topics/detail---id-54.html