脊索中胚葉システムの形態形成における自発運動の力場解析

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16KT0070
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 田中 求 京都大学, 高等研究院, 特任教授 (00706814)
• 研究分担者: 鈴木 量 京都大学, 高等研究院, 特定助教 (10768071)
• 研究期間 (年度): 2016-07-19 – 2019-03-31
• キーワード: 中胚葉組織 / 細胞集団運動 / 非平衡緩和過程 / 細胞骨格 / 力場計測 / 対称性の破れ

研究実績の概要

アフリカツメガエルの形態発生を専門とする林研究員がH30年4月に研究室に加わり、ツメガエル飼育施設を高等研究院に確立した。林研究員は分担研究者・鈴木助教と協力して刺激応答性ゲルの表面機能化をフィブロネクチンの表面密度を変化させながら最適化した。接着性が弱いと中胚葉組織切片は張力により丸まって表面から脱離してしまうが、接着が強すぎても細胞間接着が弱まって組織切片としての安定性を失うことを見出した。接着強度が組織切片の安定培養に重要であることは予測されたが、このように顕著な影響があることは思わぬ発見であったので、より詳しく解析を進めた結果、10－20ｋPa程度の弾性率を持ったゲル基板の上で安定に中胚葉組織を維持し、細胞の集団運動を計測する条件を絞り込むことに成功した。
牽引力顕微鏡を使った、基板の弾性率を変化させたときの力場解析については、実験を進めるにつれて装置上の問題点が明らかになった。具体的には日常の実験で用いている正立式の共焦点顕微鏡では胚の色素に邪魔されてゲル内での蛍光ビーズの変位が見えないため、実験系に修正を加えて薄いゲル基板を作製することでこれを解決し、力学摂動に対する緩和過程を力場と形状動態の二つから追跡した。一方で二軸の牽引・圧縮装置の場合、装置を倒立顕微鏡にのせることは不可能であるので、牽引・圧縮下での観測はMembrane ｍCherryを用いた細胞の変形と運動の追跡へと切り替えた。このように物理学的摂動を与えたときの中胚葉組織内での細胞集団運動を物理学的リードアウトを用いて定量化することにおいて思わぬ大きな成果が得られたので、プロジェクト終了後も機能性の欠損のような分子的摂動を与えたときの変形や運動のモードの解析を継続して行っている。

研究成果

• [国際共同研究] Heidelberg University(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Heidelberg University
• [雑誌論文] Cell surface flip-flop of phosphatidylserine is critical for PIEZO1-mediated myotube formation. (2018)
  • 著者名/発表者名: Tsuchiya, M.; Hara, Y.; Okuda, M.; Itoh, K.; Nishioka, R.; Shiomi, A.; Nagao, K.; Mori, M.; Mori, Y.; Ikenouchi, J.; Suzuki, R.; Tanaka, M.; Ohwada, T.; Aoki, J.; Kanagawa, M.; Toda, T.; Nagata, Y.; Matsuda, R.; Takayama, Y.; Tominaga, M. & Umeda, M.
  • 雑誌名: Nature Commun 巻: 9 ページ: 2049
  • DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-018-04436-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Simple physical model unravels influences of chemokine on shape deformation and migration of human hematopoietic stem cells. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ohta, T.; Monzel, C.; Becker, A. S.; Ho, A. D. & Tanaka, M.*
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 ページ: 10630
  • DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-018-28750-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dynamic Contact Guidance of Myoblasts by Feature Size and Reversible Switching of Substrate Topography: Orchestration of Cell Shape, Orientation, and Nematic Ordering of Actin Cytoskeletons. (2018)
  • 著者名/発表者名: Linke, P.; Suzuki, R.; Yamamoto, A.; Nakahata, M.; Kengaku, M.; Fujiwara, T.; Ohzono, T.* & Tanaka, M.
  • 雑誌名: Langmuir 巻: special issue ページ: -
  • DOI: DOI: 10.1021/acs.langmuir.8b02972
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [産業財産権] 培地用高分子ゲル、培地、細胞の培養方法及びキット (2019)
  • 発明者名: 原田明、高島義徳、中畑雅樹、田中求、M.Horning
  • 権利者名: 原田明、高島義徳、中畑雅樹、田中求、M.Horning
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 16/320,622
  • 外国
• [産業財産権] 培地用高分子ゲル、培地、細胞の培養方法及びキット (2019)
  • 発明者名: 原田明、高島義徳、中畑雅樹、田中求、M.Horning
  • 権利者名: 原田明、高島義徳、中畑雅樹、田中求、M.Horning
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 17834295.2
  • 外国
• [産業財産権] 培地用高分子ゲル、培地、細胞の培養方法及びキット (2018)
  • 発明者名: 原田明、高島義徳、中畑雅樹、田中求、M.Horning
  • 権利者名: 原田明、高島義徳、中畑雅樹、田中求、M.Horning
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2018-529902