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2016 年度 実施状況報告書

脳部位ごとの形態の違いを生み出す細胞構築機構の4D解析

研究課題

研究課題/領域番号 16K07426
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

堀田 耕司  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (80407147)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード3Dイメージング / カタユウレイボヤ / 神経管形成 / 管腔形成
研究実績の概要

脳は一本の管から生じる。発生後間もない胎児は神経管の前方が膨らみ、前脳胞、中脳胞、菱脳胞といった基本的な脳部位の原型を形成する。遺伝子発現による区画決定が明らかにされても、このような脳の“形作り”には解明すべき点が多い。そこで本研究では細胞レベルの定量的な解析が個体まるごと用いて可能であるホヤに注目し、そもそも連続性を保った一本の管が、脳部位ごとに形の違いを生み出すしくみを解明することを研究の目的とした。これまでに核をラベルした予定神経細胞の神経板期から中期尾芽胚期までの3次元イメージングに成功し、それぞれの核の振舞いから脳形態形成の仮説モデルを提案した。この仮説モデルを検証するために、ホヤ神経管形成中の全細胞系譜を決定した後、核だけではなく、細胞膜および細胞分裂のイメージングにより、個々の細胞の振舞いの定量的な解析を行うことを目指す。
平成28年度は以下の研究を行った。①神経管形成過程の膜・核同時4D可視化を試み、いつ・どの程度細胞の形態情報に違いが生じるのかをつきとめるため、神経管を形成する前の神経板期76細胞の細胞の核と膜をラベルした3Dイメージングに成功した。しかしながら、実験の成功率は低く、現在のところ1個体のみのデータであるのみである。また、深度の深い部分の細胞系譜決定に関しては共焦点レーザー顕微鏡ではうまく可視化できなかった。来年度はこれらの問題点を解決するための方策を考え実行する。②他のホヤ種においてもカタユウレイボヤと共通の神経管形成過程を辿るのか確かめるために、Botryllus種における神経管形成過程の比較解剖学的解析に着手した。③グルタミン酸受容体AMPARのノックダウンを行うことによりその発生期における機能を調べた。結果、AMPARを機能阻害すると松果体に相当する眼点が正常に形成されず、変態が生じないことがわかった。

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

当初の目的である予定神経管細胞の核と膜の同時イメージングには成功した。しかしながら、実験の成功率が低く、十分なN数を得るところまでは完了していないため、来年度の課題を遂行しつつ、引き続きN数追加のための実験を行っていく必要がある。

今後の研究の推進方策

神経管形成過程の膜・核同時4D可視化のために引き続きカタユウレイボヤを用いた予定神経管細胞の核・膜の同時イメージングを行うとともに、より深度の深い部分の細胞の膜および核を可視化するための方策として共焦点レーザー顕微鏡以外の顕微鏡(DSLMやSPIM)による可視化や種を変更したイメージングを試みる。得られた情報を解析し、神経外胚葉の閉鎖過程やFloorPlateの3次元的な形態形成過程を明らかにする。また、ホヤ幼生は変態を行い、幼生期の神経系の大部分は消失するが、変態の前後において中枢神経系の神経管を構成する細胞の一部は生き残ることが知られている。しかしながら、その解剖学的な詳細は明らかにされていない。この生き残る細胞は神経管を構成するどの細胞に由来し、どのような過程を経て変態後の成体へと受け継がれているのかを追跡する。最終的に撮影範囲を神経管形成後までのばし、共焦点レーザー顕微鏡および組織学的切片画像をもとにホヤ神経管形成過程の全貌を明らかにする。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 3件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] パドヴァ大学(イタリア)

    • 国名
      イタリア
    • 外国機関名
      パドヴァ大学
  • [雑誌論文] AMPA glutamate receptors are required for sensory-organ formation and morphogenesis in the basal chordate.2017

    • 著者名/発表者名
      Shinobu Hirai, Kohji Hotta, Yoshihiro Kubo, Atsuo Nishino, Shigeo Okabe, Yasushi Okamura, and Haruo Okado
    • 雑誌名

      PNAS

      巻: 114 ページ: 3939-3944

    • DOI

      10.1073/pnas.1612943114

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] In vivo-Imaging Analysis of Calcium Transients in Early Development of Ascidian Embryo.2016

    • 著者名/発表者名
      Taichi Akahoshi, Kohji Hotta, Kotaro Oka
    • 学会等名
      The 22nd International Congress of Zoology, The 87th Meeting of The Zoological Society of Japan Joint Events
    • 発表場所
      沖縄コンベンションセンター(沖縄県・沖縄市)
    • 年月日
      2016-11-15 – 2016-11-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Morphometry of tailbud embryo for understanding mechanism of conserved chordate phylotypic embryo shape.2016

    • 著者名/発表者名
      Muraoka Hiromochi, Koizumi Wataru, Oka Kotaro, Hotta Kohji
    • 学会等名
      The 22nd International Congress of Zoology, The 87th Meeting of The Zoological Society of Japan Joint Events
    • 発表場所
      沖縄コンベンションセンター(沖縄県・沖縄市)
    • 年月日
      2016-11-15 – 2016-11-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Relationship between dynamics of cytoskeleton and cell stiffness in early ascidian embryo development.2016

    • 著者名/発表者名
      Imai T, Koizumi W, Fujii Y、Okajima T, Oka K, Hotta K
    • 学会等名
      The 22nd International Congress of Zoology, The 87th Meeting of The Zoological Society of Japan Joint Events
    • 発表場所
      沖縄コンベンションセンター(沖縄県・沖縄市)
    • 年月日
      2016-11-15 – 2016-11-19
    • 国際学会
  • [備考] グルタミン酸受容体の新たな機能の発見 ~松果体様器官形成にAMPA型グルタミン酸受容体が必須~

    • URL

      https://www.keio.ac.jp/ja/press-releases/2017/3/28/28-20205/

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公開日: 2018-01-16  

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