| 研究領域 | 情報物理学でひもとく生命の秩序と設計原理 |
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| 研究課題/領域番号 |
20H05551
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
複合領域
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
森下 喜弘 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, チームリーダー (00404062)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
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: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
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| キーワード | 発生動態 / 理論生物 / 器官形態形成 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
申請者らがこれまでに行ってきた前脳初期発生過程における組織・細胞動態の定量比較解析か
ら示唆された形態形成則の普遍性にアプローチするために、比較的容易に入手可能な3D 器官形態情報のみから、直接計測すること無しに組織応力や変形過程を予測するための方法を確立する。また、その提案する形態形成則の背後にあるロジック解明を目指す。
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| 研究実績の概要 |
器官固有の形がどのように形成されるか、器官を超えた共通な形態形成則はあるだろうか、という問いは生物学における未解決課題の一つである。近年の計測技術の進歩は、発生プロセスの観察を可能とし、それにより組織動態（連続体としての変形、応力分布、構成則）や細胞動態（再配列、分裂方向、大きさ・形の変化）を定量的に記述し、異なる階層の変数を比較することが可能となってきた。私たちはこれまで、主にニワトリ胚を用いて、前脳や心臓の初期発生過程を対象に、4D計測と組織・細胞動態の定量解析を行ってきた。その結果、前脳、心臓ともに、（増殖の空間非一様性というよりはむしろ）上皮シート内の細胞集団が、特定の方向にバイアスした再配列を起こすことが、器官固有の形態を決める主要因子であることが明らかとなった。また、レーザー破壊実験やミオシン活性・F-アクチンの配向性を調べることで、細胞集団の再配列の方向は組織内応力と強く相関していることが分かっている。上記を踏まえ、本研究では上皮形態形成における構成則を明らかにすること、また非破壊的に応力分布、組織変形、形態変化を予測するための手法開発を目指した。
2021年度は、前年度に引き続きニワトリ胚の前脳初期発生過程における各ステージの３次元形態のポリゴンデータを用いて連続体力学シミュレーションを行った。前年度に、シミュレーションから予測される応力分布と実験的に観測されたミオシンシグナル活性の配向性との整合性を確認し、シミュレーションが一定の妥当性を持つことを裏付けた。2021年度は、応力-曲率-変形の配向性の間の関係性を解析し、実験データと整合する構成則を仮定して形態形成シミュレーションを行った。その結果、観測される形態変化を再現できることを確認した。今後は理論上可能な複数の構成則を想定してシミュレーションを行い、得られる形態変化の比較解析の後、論文にまとめ投稿する。
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| 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。
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| 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。
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