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脳発生の組織・細胞メカニクス:弾性・残留応力の意義と生成・感知の分子機構

研究課題

研究課題/領域番号 21H02656
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分48010:解剖学関連
研究機関名古屋大学

研究代表者

宮田 卓樹  名古屋大学, 医学系研究科, 教授 (70311751)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2023年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2022年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2021年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
キーワード脳発生 / 力学的要因 / 弾性 / 圧縮 / 張力 / 応力解放試験 / アクトミオシン / 神経前駆細胞 / 力学的解析 / 残留応力 / 力学 / メカノセンシング / 大脳皮質 / 脳室 / 圧縮力 / 脳脊髄液 / 器官形成 / 形態形成 / 大脳原基
研究開始時の研究の概要

哺乳類の脳形成の力学的理解を増してきた先行研究の発展として,本研究は,「胎生早・中期(頭蓋骨形成前の)脳胞壁」に注目し,壁内で どんな局所形態に どんな向きの「押し」と「引っ張り」の力が生じ,それらがどう組み合わさることで,壁が頑強さ・適正曲率を持ちつつ劇的な成長・形態変化を果たし得るのか を理解するために,①脳壁内細胞の形態および分布・集簇性がもたらす局所および壁全体の力学的特性,② 弾性線維関連分子群(エラスチン,マイクロフィブリルなど)の役割,③ 機械刺激センサー Piezo1 の役割,について「残留応力解放試験」を基軸とする複合的解析で明らかにする.

研究成果の概要

本研究は,胎生早・中期(頭蓋骨形成前の)脳原基という中空のドーム型という形状の壁に注目し,ドーム壁がどのようにして頑強さ・適正曲率を持ちつつ劇的な肥厚・成長・形態変化を果たし得るのかを理解するために,壁内でどんな細胞がどの向きのどんな力を生じさせ,また受け取るか,個別および集団としての力学的様態を明らかにすることをめざして,応力解放試験を柱とする解析を行った.その結果,胎生中期の大脳原基の壁は,増加し充満したニューロンが「圧縮材」(押し・押され)役,壁の内外面をつなぐ細長い形をした神経前駆細胞(放射状グリア)が「張力材」(引張られ・縮み)役として力学的な協働関係にあることが分かった

研究成果の学術的意義や社会的意義

建築物・工業製品であれ地球上構造であれ,何かが生じる・作られる場合に「ちから」は 必ず意識され,力学的に「どうある」かの理解が「カタチ」の成立を説明する.しかし「哺乳類の脳づくり」は,どんな形態成立原理の探求にも本来欠かせないはずの力学的な視点と,それに沿った解析法をほとんど持たないままであった.本研究がもたらした,胎生期の脳原基における力学的な理解,すなわち,どんな細胞がどの向きのどんな力を受け取るか,は,将来的に「mechanopathy メカノパシー」と括られることになる可能性のある分子病態の理解のための細胞・組織力学の基盤となり得ると予想され,重要である.

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 2件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 9件) 学会発表 (8件)

  • [雑誌論文] Mechanical and Physical Interactions Involving Neocortical Progenitor Cells2023

    • 著者名/発表者名
      Miyata Takaki
    • 雑誌名

      Neocortical Neurogenesis in Development and Evolution

      巻: 1 ページ: 119-136

    • DOI

      10.1002/9781119860914.ch7

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] CD206+ macrophages transventricularly infiltrate the early embryonic cerebral wall to differentiate into microglia.2023

    • 著者名/発表者名
      Hattori Y, Kato D, Murayama F, Koike S, Asai H, Yamasaki A, Naito Y, Kawaguchi A, Hiroyuki Konishi H, Prinz M, Masuda T, Wake H, Miyata T.
    • 雑誌名

      Cell Rep

      巻: 42 号: 2 ページ: 112092-112092

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2023.112092

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Actin crosslinking by α-actinin averts viscous dissipation of myosin force transmission in stress fibers2023

    • 著者名/発表者名
      Katsuta Hiroki、Okuda Satoru、Nagayama Kazuaki、Machiyama Hiroaki、Kidoaki Satoru、Kato Masashi、Sokabe Masahiro、Miyata Takaki、Hirata Hiroaki
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 26 号: 3 ページ: 106090-106090

    • DOI

      10.1016/j.isci.2023.106090

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Stiffness of primordial germ cells is required for their extravasation in avian embryos2022

    • 著者名/発表者名
      Saito Daisuke、Tadokoro Ryosuke、Nagasaka Arata、Yoshino Daisuke、Teramoto Takayuki、Mizumoto Kanta、Funamoto Kenichi、Kidokoro Hinako、Miyata Takaki、Tamura Koji、Takahashi Yoshiko
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 25 号: 12 ページ: 105629-105629

    • DOI

      10.1016/j.isci.2022.105629

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Functional cooperation of α-synuclein and tau is essential for proper corticogenesis.2022

    • 著者名/発表者名
      2.Wang S., Fu Y., Miyata T., Matsumoto S., Shinoda T., Itoh K., Harada A., Hirotsune S. and Jin M.
    • 雑誌名

      The Journal Neuroscience

      巻: 42(37) 号: 37 ページ: 7031-7046

    • DOI

      10.1523/jneurosci.0396-22.2022

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Mid1 is associated with androgen-dependent axonal vulnerability of motor neurons in spinal and bulbar muscular atrophy2022

    • 著者名/発表者名
      Ogura Yosuke、Sahashi Kentaro、Hirunagi Tomoki、Iida Madoka、Miyata Takaki、Katsuno Masahisa
    • 雑誌名

      Cell Death & Disease

      巻: 13 号: 7 ページ: 601-601

    • DOI

      10.1038/s41419-022-05001-6

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Developmentally interdependent stretcher-compressor relationship between the embryonic brain and the surrounding scalp in the preosteogenic head2022

    • 著者名/発表者名
      Tsujikawa K, Saito K, Nagasaka A, Miyata T
    • 雑誌名

      Developmental Dynamics

      巻: 2022 号: 7 ページ: 451-451

    • DOI

      10.1002/dvdy.451

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Embryonic Pericytes Promote Microglial Homeostasis and Their Effects on Neural Progenitors in the Developing Cerebral Cortex2022

    • 著者名/発表者名
      Hattori Y, Itoh H, Tsugawa Y, Nishida Y, Kurata K, Uemura A, Miyata T
    • 雑誌名

      The Journal of Neuroscience

      巻: 42 号: 3 ページ: 362-376

    • DOI

      10.1523/jneurosci.1201-21.2021

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mechanical collaboration between the embryonic brain and the surrounding scalp tissues2021

    • 著者名/発表者名
      Tsujikawa K, Saito K, Nagasaka A, Miyata T
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: 5 ページ: 442865-442865

    • DOI

      10.1101/2021.05.05.442865

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Comparison of the Mechanical Properties Between the Convex and Concave Inner/Apical Surfaces of the Developing Cerebrum.2021

    • 著者名/発表者名
      Nagasaka A and Miyata T
    • 雑誌名

      Front. Cell Dev. Biol.

      巻: 9 ページ: 702068-702068

    • DOI

      10.3389/fcell.2021.702068

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 胎生早中期の脳室圧は頭皮からの拘束のみならず羊水圧からの影響も被る2024

    • 著者名/発表者名
      辻川 幸一郎, 島村 司, 篠田 友靖, 宮田 卓樹
    • 学会等名
      第129回日本解剖学会総会・全国学術集会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Intraventricular macrophages infiltrate the cerebral wall in association with neural progenitor cells2023

    • 著者名/発表者名
      Asai Hisa, Hattori Yuki, Miyata Takaki
    • 学会等名
      第46回 日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Interventricular pressure of the developing mammalian brain before skull vault ossification: mechanisms and physical roles of pressure generation2023

    • 著者名/発表者名
      Koichiro Tsujikawa, Takaki Miyata
    • 学会等名
      第56回日本発生生物学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Searching for the mechanism of emergence of community-level efficiencies in the interkinetic nuclear migration in highly proliferative embryonic mouse neuroepithelium2023

    • 著者名/発表者名
      Tsukasa Shimamura, Miyata Takaki
    • 学会等名
      第56回日本発生生物学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 頭蓋骨未形成期の脳室内圧とは?-----成立のしくみと力学的意義2023

    • 著者名/発表者名
      辻川幸一郎,宮田卓樹
    • 学会等名
      第128回日本解剖学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 動物の大脳というドーム構造の建築工法2022

    • 著者名/発表者名
      宮田卓樹
    • 学会等名
      2022年度日本建築学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 胎生期の脳の成長と周囲頭皮組織のなす力学的相互作用と協働的形態形成2022

    • 著者名/発表者名
      辻川 幸一郎, 齋藤 加奈子, 長坂 新, 宮田 卓樹
    • 学会等名
      第127回 日本解剖学会全国学術集会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 胎生期の脳と周囲頭皮組織の力学的相互作用について2021

    • 著者名/発表者名
      辻川 幸一郎, 齋藤 加奈子, 長坂 新, 宮田 卓樹
    • 学会等名
      日本解剖学会中部支部学術集会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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