ショウジョウバエを用いた左右対称性を破る新規な機構の解明

• 研究課題/領域番号: 10J07621
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 発生生物学
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 中澤 直高 東京理科大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円); 2012年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 2010年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
• キーワード: 左右非対称性 / ショウジョウバエ / 形態形成

研究概要

これまでに共同研究者らによって、消化管の一部である後腸が左右非対称な形態に発生する際、捻転前に観察される上皮細胞の形状の歪んだ性質が重要な働きをしていることが示唆されています(Taniguchi et al., Science, 2011)。私は、この過程において、上皮細胞の形状変化が生み出す「機械的な力」が重要な働きをしているのではないかと考えました。さらに、この「機械的な力」を定量化することにより、後腸が左右非対称な形態に発生する過程において重要な知見が得られると考えました。そこで、後腸が左右非対称な形態に発生する際に必要な「機械的な力」を定量化するために、以下の2つの実験を遂行しました。
(1)後腸の培養実験
まず、後腸自身が捻転に必要な「機械的な力」を生み出しているのかどうかを確かめるために、胚より単離した後腸の培養実験を行いました。その結果、胚より単離した後腸は培養液中において、生体内と同様に捻転することが明らかとなりました。このことより、後腸自身が捻転に必要な「機械的な力」を生み出していることが示唆されました。
(2)磁性ビーズを用いた後腸が左右非対称な形態になる際に必要な「機械的な力」の定量化
後腸の培養実験から、後腸自身が生み出す「機械的な力」が捻転に必要であることが示唆されました。この結果より、外部より加えた力により私は後腸の捻転を止め、そのとき加えた力を定量化することで、後腸自身が生み出す「機械的な力」を見積もることが可能なのではないかと考えました。そこで、外部からの力として磁力を用いて、後腸の捻転を止める実験を行い、さらに、そのとき加えた磁力を定量化しました。その結果、後腸の捻転に必要な力は、約6nNであることが明らかとなりました。
以上の2つの実験により、後腸が左右非対称な形態に発生する際、後腸自身により生み出される約6nNの「機械的な」力が必要であることが示唆されました。

研究成果

• [雑誌論文] Reduced cell number in the hindgut epithelium disrupts hindgut left-right asymmetry in a mutant of pebble, encording a RhoGEF, in Drosophila embryos (2013)
  • 著者名/発表者名: Mitsutoshi Nakamura, Kenjiroo Matsumoto, Yuta Iwamoto, Takeshi Muguruma, Naotaka Nakazawa, Ryo Hatori, Kiichiro Taniguchi, Reo Maeda, and Kenji Matsuno
  • 雑誌名: Mechanisms of Development 巻: 130 号: 2-3 ページ: 169-180
  • DOI: 10.1016/j.mod.2012.09.007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deficient Notch signaling associated with neurogenic pecanex is compensated for by the unfolded protein response in Drosophila (2012)
  • 著者名/発表者名: Tomoko Yamakawa, Kenta Yamada, Takeshi Sasamura, Naotaka Nakazawa, Maiko Kanai, Emiko Suzuki, Mark E.Fortini, Kenji Matsuno
  • 雑誌名: Development 巻: 139 号: 3 ページ: 558-567
  • DOI: 10.1242/dev.073858
  • 査読あり
• [雑誌論文] Canonical Wnt signaling in the visceral muscle is required for left-right asymmetric development of the Drosopbila midgut (2012)
  • 著者名/発表者名: Junpei Kuroda, Mitsutoshi Nakamura, Masashi Yoshida, Haruka Yamamoto, Takaaki Maeda, Kiichiro Taniguchi, Naotaka Nakazawa, Ryo Hatori, Akira Ishio, Ayumi Ozaki, Shunsuke Shimaoka, Tamiko Ito, Hironao Iida, Takashi Okumura, Reo Maeda, Kenji Matsuno
  • 雑誌名: Mechanisms of Development 巻: 128 号: 11-12 ページ: 625-639
  • DOI: 10.1016/j.mod.2011.12.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] A novel Cre/loxP system for mosaic gene expression in the Drosophila embryo (2012)
  • 著者名/発表者名: Naotaka Nakazawa, Kiichiro Taniguchi, Takashi Okumura, Reo Maeda, Kenji Matsuno
  • 雑誌名: Developmental Dynamics 巻: 241 号: 5 ページ: 965-974
  • DOI: 10.1002/dvdy.23784
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chirality in Planar cell shape contributes to left-right asymmetric epithelial morphogenesis (2011)
  • 著者名/発表者名: Kiicniro Tanigucni, Reo Maeda, Tadashi Ando, Takashi Okumura, Naotaka Nakazawa, Ryo Hatori, Mitsutoshi Nakamura, Shunya Hozumi, Hiroo Fujiwara, Kenji Matsuno
  • 雑誌名: Science 巻: 333 号: 6040 ページ: 339-341
  • DOI: 10.1126/science.1200940
  • 査読あり
• [学会発表] 細胞の左右非対称な歪みが生み出す「力」による器官形態の新しい形成機構 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中澤直高, 松野健治
  • 学会等名: 第1回 多細胞動態研究のためのブレインストーミングワークショップ
  • 発表場所: 理化学研究所
  • 年月日: 2012-06-26
• [学会発表] Quantification of mechanical force driving the left-right asymmetric morphogenesis of epithelia in Drosophila (2012)
  • 著者名/発表者名: Naotaka Nakazawa, Reo Maeda, Shukei Sugita, Takeo Matsumoto and Kenji Matsuno
  • 学会等名: The 2nd Annual Meeting for Whole-Organism Science Society
  • 発表場所: SPring8
• [学会発表] Quantification of mechanical force driving the left-right asymmetric morphogenesis of epithelia in Drosophila (2012)
  • 著者名/発表者名: Naotaka Nakazawa, Reo Maeda, Shukei Sugita, Takeo Matsumoto and Kenji Matsuno
  • 学会等名: 第10回日本ショウジョウバエ研究会
  • 発表場所: 東京慈恵医科大学
• [学会発表] Quantification of mechanical force driving the left-right asymmetric morphogenesis of epithelia in Drosophiia (2012)
  • 著者名/発表者名: Naotaka Nakazawa, Reo Maeda, Shukei Sugita, Takeo Matsumoto and Kenji Matsuno
  • 学会等名: 第35回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 福岡国際会議場、マリンメッセ福岡
• [学会発表] Quantification of mechanieal force driving the left-right asymmetric morphogenesis of epithelia in Drosophila (2012)
  • 著者名/発表者名: Naotaka Nakazawa, Reo Maeda, Shukei Sugita, Takeo Matsumoto, Kenji Matsuno
  • 学会等名: 定量生物学の会第4回年会
  • 発表場所: 名古屋大学
• [学会発表] A novel method for mosaic gene expression with Cre/loxP system in Drosophila embryos (2011)
  • 著者名/発表者名: Naotaka Nakazawa, Kiicniro Taniguchi, Takashi Okumura, Reo Maeda, Kenji Matsuno
  • 学会等名: 52rd Annual Drosophila Research Conference
  • 発表場所: San Diego
• [学会発表] A novel method for mosaic gene expression with Cre/loxP system in Drosopbila embryos (2011)
  • 著者名/発表者名: Naotaka Nakazawa, Kiicniro Taniguchi, Takashi Okumura, Reo Maeda, Kenji Matsuno
  • 学会等名: 1st Asia-Pacific Drosophila Research Conference
  • 発表場所: Taipei
• [学会発表] A genetic screen of the Drosophila second chromosome to identify genes involved in the left-right asymmetric development of the embryonic gut (2010)
  • 著者名/発表者名: 中澤直高
  • 学会等名: 51＾<st> Annual Drosophila Research Conference
  • 発表場所: Washington, D.C.
• [学会発表] Analysis of mechanical force controlled by MyosinID during the left-right asymmetric morphogenesis of epithelia in Drosophila (2010)
  • 著者名/発表者名: 中澤直高
  • 学会等名: 第32回 日本分子生物学会年会、第82回 日本生化学大会 合同大会
  • 発表場所: 神戸市
• [図書] 実験医学 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中澤直高、谷口喜一郎、前田礼男、安藤格士、松野健治
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: 羊土社
• [備考]
  • URL: http://www.rs.noda.tus.ac.jp/~biost/OPFU/MATU/toppage3.html