ショウジョウバエ視覚中枢をモデルとした組織形成ダイナミクスの理解

研究課題

研究課題/領域番号	22K06247
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	金沢大学
研究代表者	八杉徹雄金沢大学, 新学術創成研究機構, 准教授 (90508110)
研究期間 (年度)	2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス	交付 (2022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) 2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円) 2023年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円) 2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード	ショウジョウバエ / 視覚中枢 / 数理モデリング / 数理モデル
研究開始時の研究の概要	組織の発生現象において、未分化細胞の増殖と分化は細胞内、あるいは細胞間の様々なシグナル経路の相互作用によって厳密に制御される。本研究では、未分化細胞の増殖と分化が時空間的に制御された中で起こるショウジョウバエ視覚中枢の発生に着目する。生物学的な実験と数理モデリングの手法を組み合わせることにより、未分化細胞から分化細胞が規則正しく産生される機構の理解を目指す。
研究実績の概要	組織の発生現象において、未分化細胞の増殖と分化は様々なシグナル経路の相互作用によって厳密に制御される。この組織形成ダイナミクスの解明は、発生現象の解明に必須なだけでなく、ダイナミクスの破綻に起因する種々の疾患の理解や治療への応用も期待できる。本研究では、未分化細胞の増殖と分化が時空間的に制御された中で発生するショウジョウバエ視覚中枢の発生をモデルとし、実験生物学的手法と数理生物学的手法を組み合わせることにより組織形成ダイナミクスの解明を目指している。視覚中枢の発生では、発生初期に未分化な神経上皮細胞の増殖が起こり、発生後期に神経上皮細胞は神経幹細胞へと分化する。神経上皮細胞から神経幹細胞への分化は一方向的に進行する（「分化の波」）。これまで私たちが「分化の波」の進行を制御することを報告したEGF、Notch、JAK/STATシグナルに加え、Hippoシグナルおよびインスリンシグナルに着目し、シグナル間相互作用の解明に取り組んでいる。2022年度は下記の3課題に重点をおいて研究を推進した。 1. Hippoシグナルおよびインスリンシグナルの相互作用について解析を進めた。 2. 細胞の大きさや細胞格子の形状の情報を保存したまま空間離散モデルを連続化する手法とその応用について「応用数理」誌に寄稿し、採択された（in press）。 3. 研究を推進する中で、生殖系列特異的と考えられた遺伝子について、幼虫脳で発現することを発見した。神経細胞あるいはグリア細胞においてRNAiを誘導すると神経発生の異常が観察された。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 3: やや遅れている理由 1. これまでに行った遺伝学的解析から、インスリンシグナルはHippoシグナルの下流またはHippoシグナルと並行に神経上皮細胞の増殖を制御することが示唆されているが、共通のターゲット遺伝子をもつのか、シグナル間相互作用によるのかまだ判然としない。より詳細な分子生物学的、生化学的解析が必要である。 2. 生殖系列特異的遺伝子については神経系特異的RNAiにより表現型が観察されたので、神経系で観察された表現型についてより詳細な解析を行う必要がある。また、他の生殖系列特異的遺伝子についても神経系での発現解析を行い、発現が観察された場合には機能欠失実験を行なって神経系における機能を調べる必要がある。
今後の研究の推進方策	1. 神経上皮細胞の増殖制御メカニズムを明らかにするため、Hippoシグナルとインスリンシグナルの相互作用について、分子生物学的、生化学的解析を進め、相互作用を明らかにする。 2. 生殖系列特異的遺伝子については神経系での機能を明らかにする。神経系特異的RNAiにより表現型が観察されたので、神経系で観察された表現型についてより詳細な解析を行う。また、神経系以外の体細胞での発現も調べ、発現が観察された場合には機能欠失実験を行う。また、他の生殖系列特異的遺伝子についても神経系での発現解析、機能欠失実験を行なって神経系における機能を調べる。これらの実験を通して、生殖系列特異的遺伝子群の体細胞系列の発生における役割を明らかにする。