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動物胚発生過程におけるシグナル伝達の頑強性の定量的理解

公募研究

研究領域情報物理学でひもとく生命の秩序と設計原理
研究課題/領域番号 20H05534
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 複合領域
研究機関大阪大学

研究代表者

龝枝 佑紀  大阪大学, 微生物病研究所, 助教 (20770514)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
2021年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2020年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
キーワードWntシグナル / ゼブラフィッシュ / イメージング / 胚発生
研究開始時の研究の概要

動物の胚発生・組織再生はシグナル伝達によって制御され、高い再現性で実行される。そのためには、シグナル情報は様々なノイズが存在しても正確に伝わる仕組み(頑強性)を有する。しかし、実際の生きた動物個体内の組織におけるシグナル伝達の頑強性の実態は理解が進んでいない。本研究では、ゼブラフィッシュを用いてin vivoシグナル定量イメージング解析系によって得られた定量データと数理モデルなどによる物理学的アプローチにより“in vivoシグナル伝達の頑強性の設計原理”を解明することを目指す。

研究実績の概要

動物の胚発生・組織再生はシグナル伝達によって制御され、高い再現性で実行される。そのためには、シグナル情報は様々なノイズが存在しても正確に伝わる仕組み(頑強性)を有する。しかし、実際の発生・再生過程の組織におけるシグナル伝達の頑強性の実体は理解が進んでいない。我々は、ゼブラフィッシュ胚におけるWntシグナルによる前後パターン形成をモデルとして、in vivoにおけるシグナル伝達の頑強性の実体解明を進め、開発したin vivoシグナル定量系と摂動誘導系を用いて、発生組織におけるシグナル伝達の頑強性の定量的理解を目指し、”in vivoシグナル伝達の頑強性の設計原理”を解明し、「生命の情報物理学という生物学と物理学の間の新たな学際領域の開拓」を目指す。そのために、以下の計画によって研究を遂行した。
計画(1) シグナル勾配の軽微なノイズに対する修復機構の解明:Wntシグナル異常を持つ細胞を導入してシグナル勾配にノイズを引き起こし、シグナル異常細胞及び隣接細胞群におけるWntシグナル活性の動態やこれら細胞群の移動・形態変化等をリアルタイム解析し、細胞死以外にも細胞移動や細胞周期停止による修復プロセスを示唆する結果を得た。
計画(2) シグナル勾配のノイズ修復方法を決定するノイズ強度の閾値の定量解析:「異常細胞と隣接細胞のWntシグナル活性差」と「異常細胞の細胞死」の関連を定量解析する。これにより、細胞死を介した修復と介さない修復のどちらを選択するかの閾値となるノイズ強度を解明する。これらの解析に必要な各種レポーター(Wntシグナル、細胞死)のトランスジェニック系統の作製を行い、樹立できた。
計画(3) ノイズ修復方法を決定するノイズ強度と細胞間相互作用の関係の定量解析:細胞間張力などの物理学的性質を定量する。いくつかの実験から細胞間張力などの関与を示唆する結果が得られた。

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Zebrafish imaging reveals TP53 mutation switching oncogene-induced senescence from suppressor to driver in primary tumorigenesis2022

    • 著者名/発表者名
      Haraoka Yukinari、Akieda Yuki、Nagai Yuri、Mogi Chihiro、Ishitani Tohru
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 13 号: 1 ページ: 1-15

    • DOI

      10.1038/s41467-022-29061-6

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] A novel role for PRL in regulating epithelial cell density by inducing apoptosis at confluence2022

    • 著者名/発表者名
      Lohani Sweksha、Funato Yosuke、Akieda Yuki、Mizutani Kiyohito、Takai Yoshimi、Ishitani Tohru、Miki Hiroaki
    • 雑誌名

      Journal of Cell Science

      巻: 135 号: 2 ページ: 1-14

    • DOI

      10.1242/jcs.258550

    • 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] 細胞品質管理機構としての細胞競合とそれを破綻させる環境要因2022

    • 著者名/発表者名
      龝枝 佑紀, 石谷 太
    • 学会等名
      第9回 細胞競合コロキウム 2022年3月14日
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 初期胚組織はモルフォゲン勾配のノイズを感知し修復する能力を備えている2021

    • 著者名/発表者名
      龝枝 佑紀
    • 学会等名
      第59回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] モルフォゲン勾配のロバストネスの分子基盤を細胞競合から理解する2021

    • 著者名/発表者名
      松本かな子、龝枝佑紀、石谷太
    • 学会等名
      第73回日本細胞生物大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] モルフォゲン勾配のロバストネスの分子基盤を細胞競合から理解する2021

    • 著者名/発表者名
      松本かな子、龝枝佑紀、石谷太
    • 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 実績報告書
  • [学会発表] Cell-cell communication-mediated error correcting mechanism of Wnt moprhogen gradient2021

    • 著者名/発表者名
      龝枝 佑紀
    • 学会等名
      Wnt研究会2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [図書] 医学のあゆみ -細胞競合による生体制御とがん-「組織発生における細胞競合」2020

    • 著者名/発表者名
      龝枝佑紀・石谷太
    • 総ページ数
      148
    • 出版者
      医歯薬出版株式会社
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2022-12-28  

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