ERK活性伝播による３次元形態形成制御の構成的理解

• 研究領域: 生物の３Ｄ形態を構築するロジック
• 研究課題/領域番号: 16H01447
• 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: 生物系
• 研究機関: 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(岡崎共通研究施設)
• 研究代表者: 青木 一洋 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(岡崎共通研究施設), 岡崎統合バイオサイエンスセンター, 教授 (80511427)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 11,570千円 (直接経費: 8,900千円、間接経費: 2,670千円); 2017年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2016年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
• キーワード: ERK / 細胞集団運動 / collective migration / FRET / 集団運動 / 細胞間伝搬 / シグナル伝達 / 光遺伝学

研究実績の概要

集団として細胞が運動する「細胞集団運動（collective cell migration）」は、胚発生や創傷治癒、癌の浸潤といった組織の構築過程に見られる細胞運動様式の１つである。細胞集団運動の分子機構は、その多様性や複雑性から、単一細胞の細胞運動と比べて解析が進んでいない。我々は、ERK MAPキナーゼの活性の伝搬方向に向かって細胞が集団運動することを明らかにしつつある。しかし、３次元の組織構築において実際にERK活性の伝搬が細胞集団運動を引き起こしているのかは自明ではない。そこで本研究は「ERK活性伝搬による細胞集団運動機構と３次元の形態形成の制御機構の解明」を目的として研究を進めた。
本年度は、ERK活性伝搬機構を解析した。CRISPR/Cas9による遺伝子編集法により、ADAM、MMP遺伝子を網羅的にノックアウトして、ERK活性伝搬をFRETバイオセンサーにより可視化したところ、ADAM17/TACEのノックアウトによりERK活性伝搬が阻害されることが明らかになった。さらに、光遺伝学的な手法によりERK活性の細胞間伝搬を再構成すると、細胞集団運動を誘導できることが分かった。興味深いことに、光の移動速度を変化させると、2 um/minのときに細胞集団運動がもっとも効率よく誘導されることが分かった。これらのデータをもとに細胞がばねで連結された１次元数理モデルを効率し、数値シミュレーションを行ったところ、実験結果同様、ERK活性伝搬速度の最適な値があることが分かった。これらの結果は、Develpmental Cell誌に発表された。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Propagating Wave of ERK Activation Orients Collective Cell Migration (2017)
  • 著者名/発表者名: Aoki Kazuhiro、Kondo Yohei、Naoki Honda、Hiratsuka Toru、Itoh Reina E.、Matsuda Michiyuki
  • 雑誌名: Developmental Cell 巻: 43 号: 3 ページ: 305-317.e5
  • DOI: 10.1016/j.devcel.2017.10.016
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Efficient synthesis of phycocyanobilin in mammalian cells for optogenetic control of cell signaling (2017)
  • 著者名/発表者名: Uda Youichi、Goto Yuhei、Oda Shigekazu、Kohchi Takayuki、Matsuda Michiyuki、Aoki Kazuhiro
  • 雑誌名: Proc Natl. Acad. Sci. U.S.A. 巻: 114 号: 45 ページ: 11962-11967
  • DOI: 10.1073/pnas.1707190114
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two New FRET Imaging Measures: Linearly Proportional to and Highly Contrasting the Fraction of Active Molecules. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamao M, Aoki K, Yukinawa N, Ishii S, Matsuda M, Naoki H.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 11 号: 10 ページ: e0164254-e0164254
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0164254
  • NAID: 120005853281
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Visualization of Neuregulin 1 ectodomain shedding reveals its local processing in vitro and in vivo. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kamezaki A, Sato F, Aoki K, Asakawa K, Kawakami K, Matsuzaki F, Sehara-Fujiwara A.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1 ページ: 28873-28873
  • DOI: 10.1038/srep28873
  • NAID: 120005819488
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Multiplexed Fluorescence Imaging of ERK and Akt Activities and Cell-cycle Progression (2016)
  • 著者名/発表者名: Maryu G, Matsuda M, Aoki K
  • 雑誌名: Cell Structure and Function 巻: 41 号: 2 ページ: 81-92
  • DOI: 10.1247/csf.16007
  • NAID: 130005165901
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synergistic antitumor effects of combination of PI3K/mTOR and MEK inhibition (SAR245409 and pimasertib) in mucinous ovarian carcinoma cells by fluorescence resonance energy transfer imaging. (2016)
  • 著者名/発表者名: Inaba K, Oda K, Aoki K, Sone K, Ikeda Y, Miyasaka A, Kashiyama T, Fukuda T, Makii C, Arimoto T, Wada-Hiraike O, Kawana K, Yano T, Osuga Y, Fujii T
  • 雑誌名: Oncotarget 巻: 7 号: 20 ページ: 29577-29591
  • DOI: 10.18632/oncotarget.8807
  • NAID: 120005820854
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Propagating wave of ERK activation orients collective cell migration (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Aoki
  • 学会等名: FIFTH ANNUAL WINTER Q-BIO MEETING
  • 発表場所: Kauai, Hawai, USA
  • 年月日: 2017-02-21
  • 国際学会
• [学会発表] Propagating wave of ERK activation orients collective cell migration (2017)
  • 著者名/発表者名: Aoki K
  • 学会等名: ConBio 2017
  • 招待講演
• [学会発表] Intercellular propagation of ERK activity orients collective cell migration (2017)
  • 著者名/発表者名: Aoki K
  • 学会等名: 50th Annual Meeting of the Japanese Society of Developmental Biologists
  • 招待講演
• [学会発表] Intercellular propagation of ERK activity orients collective cell migration (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Aoki
  • 学会等名: 第54回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: つくば国際会議場, 茨城県、つくば市
• [備考] 細胞の集団移動の方向性を決める仕組みの発見 ～ERK分子活性の細胞間伝搬とは逆方向に細胞が動く～
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/press/2017/11/07.html
• [備考] 赤色光/近赤外光による細胞機能の光操作の簡便化に成功
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/press/2017/10/24.html