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原始後生動物における個体再編成を制御する力学-化学クロストークの解明

公募研究

研究領域力が制御する生体秩序の創発
研究課題/領域番号 23H04696
研究種目

学術変革領域研究(A)

配分区分補助金
審査区分 学術変革領域研究区分(Ⅲ)
研究機関東京大学

研究代表者

中嶋 悠一朗  東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 講師 (90782152)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
11,440千円 (直接経費: 8,800千円、間接経費: 2,640千円)
2024年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2023年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
キーワード個体再編成 / 原始後生動物 / 自己組織化 / 再生 / クラゲ
研究開始時の研究の概要

多細胞動物の再生過程では、発生過程と同様にメカノ刺激が重要な役割を果たすことが想定されるが、生体での再生、特に個体レベルの再生や再編成を実現する力学-化学クロストークの実体や自己組織化メカニズムはほとんど明らかとなっていない。本研究では、原始後生動物であるエダアシクラゲを使って、個体再編成におけるパターン形成を実現するための幹細胞ダイナミクスとそれを制御する遺伝子発現とメカノ刺激のクロストーク解明を目指す。研究成果は、複雑に進化した高等動物にも共通する自己組織化の普遍的原理の理解や未知の再生原理への示唆を与えることが期待される。

研究実績の概要

多細胞動物の再生過程では、発生過程と同様にメカノ刺激が重要な役割を果たすことが想定されるが、生体での再生、特に個体レベルの再生や再編成を実現する力学-化学クロストークの実体や自己組織化メカニズムはほとんど明らかとなっていない。本研究は、原始後生動物であるエダアシクラゲを使って、個体再編成におけるパターン形成を実現するための幹細胞ダイナミクスとそれを制御する遺伝子発現とメカノ刺激のクロストーク解明を目指すものである。
これまでに、メデューサ芽およびポリプ断片がシスト様のスフェロイドを形成してストロンを伸長してポリプを再形成することを見出している。メデューサ芽からのスフェロイド形成時には幹細胞が均一に分布していたことから、ポリプからのスフェロイド形成においても同様の振る舞いが起こりうるかを検証した。また、シスト形成に伴う遺伝子発現変化を同定するためにサンプルを回収した。さらに、アクチン細胞骨格や細胞増殖の阻害によって、それぞれシスト化やストロン化を抑制できることを見出した。
本研究に関連して、触手再生を器官再生のモデルとして幹細胞の動態を解析することで、損傷特異的に出現する幹細胞の存在を見出した。

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

本研究では、申請者が原始後生動物である刺胞動物のエダアシクラゲを使って見出した「個体再編成における自己組織化」に注目して、パターン形成における幹細胞ダイナミクスとそれを制御する遺伝子発現とメカノ刺激のクロストークを解明することを目指している。
本年度は、ポリプ断片から誘導されるシスト化において、幹細胞の分布をFISH法で観察した。その結果、ポリプ断片にはごく少数であった幹細胞数がシスト化に伴い顕著に増加することが分かった。この結果は、触手再生の系で見出した損傷特異的な幹細胞の出現(Fujita et al., PLOS Biol 2023)と同様の仕組みが期待される。損傷特異的幹細胞の同定は刺胞動物、特にクラゲの系で初めて見出された成果としてインパクトがあると考えられる。
メデューサ芽およびポリプ断片からシスト化が誘導されることから、両者のシスト前とシスト化したサンプルを回収してRNAとして精製した。さらに、拍動性収縮に伴うメカノ刺激の関与を検証する最初のステップとて、ミオシン阻害剤を投与したところ、シスト形成の異常や拍動の様式の違いなどがプレリミナリーな結果として見えてきた。

今後の研究の推進方策

本研究では、シスト形成時に出現する/均一に分布する幹細胞がストロン化を含む自己組織化にどのように関与するのか、マクロな形態形成と拍動性収縮の関与に着目した解析を進める予定である。幹細胞を除去した個体や拍動性収縮を阻害した場合の両者の関係性について明らかにする。またRNA-seqから明らかになると期待されるシグナル経路の関与などを薬剤やRNAiによって検証する予定である。さらにデバイスの利用によって、局所的な細胞骨格/シグナル経路の操作などを導入することでグローバルなメカノ刺激の関与を検証する予定である。

報告書

(1件)
  • 2023 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 1件、 招待講演 6件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Distinct stem-like cell populations facilitate functional regeneration of the Cladonema medusa tentacle2023

    • 著者名/発表者名
      Fujita Sosuke、Takahashi Mako、Kumano Gaku、Kuranaga Erina、Miura Masayuki、Nakajima Yu-ichiro
    • 雑誌名

      PLOS Biology

      巻: 21 号: 12 ページ: e3002435-e3002435

    • DOI

      10.1371/journal.pbio.3002435

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Highly regenerative species-specific genes improve age-associated features in the adult<i>Drosophila</i>midgut2023

    • 著者名/発表者名
      Nagai Hiroki、Ui Junichiro、Nakasugi Tenki、Makino Takashi、Miura Masayuki、Nakajima Yu-ichiro
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: -

    • DOI

      10.1101/2023.07.04.547653

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [学会発表] エダアシクラゲを使った個体維持と可塑性の理解に向けて2024

    • 著者名/発表者名
      中嶋悠一朗
    • 学会等名
      NIBB 新規モデル生物開発共同利用研究研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ヒドロ虫綱エダアシクラゲにおいて異なる幹細胞集団が機能的な触手再生を促進する2023

    • 著者名/発表者名
      中嶋悠一朗
    • 学会等名
      第56回 日本発生生物学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Toward understanding cellular plasticity during environmental responses2023

    • 著者名/発表者名
      Yuichiro Nakajima
    • 学会等名
      Research Seminar at Stowers Institute for Medical Research
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 細胞可塑性から理解する組織恒常性と環境応答2023

    • 著者名/発表者名
      中嶋悠一朗
    • 学会等名
      薬学会北陸支部会特別講演会-金沢大学セミナー
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] エダアシクラゲをモデルとした環境応答における可塑性の理解2023

    • 著者名/発表者名
      中嶋悠一朗
    • 学会等名
      JoVEオンラインセミナー: 科学者に聞く~研究・教育現場でのモデル生物の今とこれから~
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Distinct stem-like cell populations facilitate functional regeneration of the Cladonema medusa2023

    • 著者名/発表者名
      Fujita, S., Kuranaga, E., Miura, M., Nakajima, Y.
    • 学会等名
      EMBO WS “Trans-Scale Biology using exotic non-model organisms”
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evolutionary insights into blastema formation during appendage regeneration of the jellyfish Cladonema2023

    • 著者名/発表者名
      Yuichiro Nakajima
    • 学会等名
      The 47th Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] クラゲの触手はなぜ素早く再生できるのか? ~常在する幹細胞と再生特異的な未分化細胞の協調~

    • URL

      https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/ja/press/z0111_90045.html

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/en/press/z0508_00326.html

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書

URL: 

公開日: 2023-04-13   更新日: 2024-12-25  

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