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骨形成の足場であるコラーゲン結晶体を輸送する新規メカニズム

研究課題

研究課題/領域番号 21K06200
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分44020:発生生物学関連
研究機関大阪大学 (2022-2023)
京都大学 (2021)

研究代表者

黒田 純平  大阪大学, 大学院生命機能研究科, 助教 (80726521)

研究分担者 岩根 敦子 (引越敦子)  国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 客員主管研究員 (30252638)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワードコラーゲン / 細胞外マトリックス / ゼブラフィッシュ / リモデリング / 破骨細胞 / 骨 / 4Dライブイメージング / 鰭 / ECM
研究開始時の研究の概要

これまで申請者は、アクチノトリキアの「製造」「束化」「固化」の工程を担う細胞の機能を明らかにしている。さらに最近、製造されたアクチノトリキアが「常に最先端部に向かって輸送」されることと、古いアクチノトリキアが「基部に移動したのち分解」されることを見出している。本研究の目的は、ヒレ骨形成に必須なこの「輸送」の仕組みを明らかにすることであり、それぞれの工程を同時に再現させることで、ヒレのin vitroでの完全な成長が可能になるかもしれない。これは、複雑な構造をもつ外部器官再生の最初の例であり、現在医学的な見地から試みられている器官再生の実験にも、重要な知見を提供すると期待する。

研究実績の概要

研究代表者は、本研究において生きた個体の中のアクチノトリキアを任意のタイミングで蛍光標識することができる蛍光プローブを発見し、ヒレ成長過程でアクチノトリキアの動態変化を追跡する新しいイメージングツールを開発することに成功した。この技術革新により、これまでに知られていなかった、アクチノトリキアの「分解」様式を発見し、この分解過程は破骨細胞によって引き起こされることも発見した。これらの成果を論文としてまとめ、海外学術雑誌に投稿・査読中となっている。また、この蛍光プローブを使ったパルス・チェイスイメージングによって、ヒレの再生過程におけるアクチノトリキアの動態を明らかにすることにも成功している。再生過程では、骨の形成に先立って、まず微小なアクチノトリキアが間充織間に均一に産生され、ゆるやかに近位―遠位方向に沿って配向化する。その後、この配向化されたアクチノトリキアは、骨間(inter-ray)で迅速に消失し、骨の先端部に残存するアクチノトリキアのみが、再生中のヒレ組織の成長に伴い、先端方向へ移動することを発見した。さらに再生過程においては、多核化した巨大な破骨細胞がヒレ先端部に出現し、これにより再生初期において、アクチノトリキアのリモデリングが速やかに引き起こされることを見出した。これらの成果について、すでに複数の国内学会にて発表しており、アクチノトリキアの分解過程に注目した研究の続報として、更なる論文の執筆が進行中である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

研究開始当初は、アクチノトリキアを選択的に分解(溶解)する細胞として、マクロファージ、あるいは好中球を想定していた。この予想に反して、骨を分解・吸収することが知られている破骨細胞がアクチノトリキアの分解過程で中心的な役割を果たす細胞であることを突き止めた。責任細胞が特定できたことで、アクチノトリキアの「産生」「配向化」「移動」「分解」の4つの工程が連動して進行し、これによりヒレ骨の形態形成が行われる原理の全貌が明らかになりつつある。

今後の研究の推進方策

ヒレ骨が直線的に発達し、先端部で2分岐構造を作るという規則的なパターンを示す形態を形作るためには、ヒレ先端部で常にアクチノトリキアを放射状に、かつ平面的に配向化させる必要がある。ヒレ先端部におけるこのアクチノトリキアの配向性を維持するためには、破骨細胞による選択的分解が極めて重要な因子であると考えられる。今後は、アクチノトリキアという大きな構造体が組織から跡形もなく消失するその分解過程の分子機構を明らかにする計画をしている。さらに、アクチノトリキアの配向性形成において中心的な役割を果たすことが分かっている間葉系細胞と、破骨細胞の細胞間相互作用を明らかにすることで、破骨細胞が分解すべきアクチノトリキアをどのようにして選択しているのか、その仕組みを解き明かすことができると考えている。

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (16件)

  • [雑誌論文] In vivo imaging of bone collagen dynamics in zebrafish2024

    • 著者名/発表者名
      Hiromu Hino, Shigeru Kondo, Junpei Kuroda
    • 雑誌名

      Bone Reports

      巻: 20 ページ: 101748-101748

    • DOI

      10.1016/j.bonr.2024.101748

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Collagen9a1c localizes to collagen fibers called actinotrichia in zebrafish fins2023

    • 著者名/発表者名
      Hibiki Nakagawa, Toshihiro Aramaki, Shigeru Kondo, Junpei Kuroda
    • 雑誌名

      microPublication Biology

      巻: -

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mechanical role of actinotrichia in shaping the caudal fin of zebrafish2021

    • 著者名/発表者名
      Hibiki Nakagawa, Junpei Kuroda, Toshihiro Aramaki and Shigeru Kondo
    • 雑誌名

      Developmental Biology

      巻: 481 ページ: 52-63

    • DOI

      10.1016/j.ydbio.2021.09.003

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 新規蛍光プローブを用いたコラーゲン・エラスチン線維の3D イメージング法 の開発2023

    • 著者名/発表者名
      黒田純平, 二木杉子, 平田あずみ, 藤井一徳, 小出隆規, 多賀祐喜, 近藤滋
    • 学会等名
      第55回日本結合組織学会学術大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Analyze of collagen dynamics in zebrafish fin ray bone2023

    • 著者名/発表者名
      日野太夢, 近藤滋, 黒田純平
    • 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 実施状況報告書
  • [学会発表] Role of type IX collagen in the regular orientation of collagen crystals essential for fin bone formation2023

    • 著者名/発表者名
      萩原仁, 中川日々紀, 板橋岳, 岩根敦子, 荒巻敏寛, 近藤滋, 黒田純平
    • 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 実施状況報告書
  • [学会発表] Analysis of mutants that modify the orientation pattern of collagen fibers forming fish fins2023

    • 著者名/発表者名
      谷本凜太朗, 板橋岳, 岩根敦子, 近藤滋, 黒田純平
    • 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 実施状況報告書
  • [学会発表] Growth dynamics of collagen fibers in zebrafish fins revealed by a novel imaging tool for collagen visualization2023

    • 著者名/発表者名
      黒田純平, 日野太夢, 近藤滋
    • 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 実施状況報告書
  • [学会発表] Dynamics of collagen fibers during the tissue growth revealed by a novel collagen visualization tool2023

    • 著者名/発表者名
      黒田純平, 日野太夢, 近藤滋
    • 学会等名
      第46回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Analysis of novel mutants that modify the orientation of collagen fibers as a framework of fish fins2023

    • 著者名/発表者名
      谷本凜太朗, 近藤滋, 黒田純平
    • 学会等名
      第46回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] The Function of Type IX Collagen, which is Essential for the Formation of Collagen Crystals that Physically Support the Fish Fin2023

    • 著者名/発表者名
      萩原仁, 中川日々紀, 荒巻敏寛, 近藤滋, 黒田純平
    • 学会等名
      第46回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] A novel cellular mechanism of collagen remodeling in the morphogenesis of fish fin bones revealed by 4D live imaging2022

    • 著者名/発表者名
      Junpei Kuroda, Hiromu Hino, Shigeru Kondo
    • 学会等名
      第55回日本発生生物学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] A novel mechanism of collagen remodeling in fish fin bone morphogenesis revealed by 4D live imaging2022

    • 著者名/発表者名
      Junpei Kuroda, Hiromu Hino, Shigeru Kondo
    • 学会等名
      第54回日本結合組織学会学術大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 透明化技術で明らかになった軟体動物翼足類の翼における筋肉繊維とコラーゲン繊維の階層的なネットワーク2022

    • 著者名/発表者名
      黒田純平, 清水啓介, 木元克典
    • 学会等名
      第93回日本動物学会早稲田大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 自己集合分子により構築される槍状結晶構造を基にした脊椎動物・毛顎動物のヒレの形態形成ダイナミクス2022

    • 著者名/発表者名
      黒田 純平, 後藤 太一郎 , 板橋 岳志 , 岩根 敦子, 近藤 滋
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] ゼブラフィッシュのヒレ骨形成における骨芽細胞由来の細胞外小胞のリアルタイムイメージング2022

    • 著者名/発表者名
      松井 建樹, 黒田 純平, 日野 太夢, 板橋 岳志, 岩根 敦子, 近藤 滋
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] コラーゲン可視化トランスジェニック系統の開発によるゼブラフィッシュ骨中コラーゲンの動態観察2022

    • 著者名/発表者名
      日野 太夢, 黒田 純平, 近藤 滋
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] The novel transporting system of the collagen fibers which play as scaffolds for fin bones formation in teleost fish2021

    • 著者名/発表者名
      Junpei Kuroda, Shigeru Kondo.
    • 学会等名
      第92回日本動物学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Morphogenesis of fin bones by the moving cells which translocate large collagen crystals.2021

    • 著者名/発表者名
      Junpei Kuroda, Hiromu Hino, Hibiki Nakagawa, Shigeru Kondo.
    • 学会等名
      第44回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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