力学的観点から問う大脳発生

2018 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 17K08489
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 篠田 友靖 名古屋大学, 医学系研究科, 助教 (80505652)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 神経発生 / 大脳発生

研究実績の概要

多細胞生物は細胞が三次元的に積み重なることによって構成されている。この際の「細胞たちの間に働いている力」が再現性の高い積み重なり、すなわち再現性の高い組織・器官発生を保証することが近年判ってきた。脊椎動物の脳の発生過程では、前駆細胞で造られた上皮構造に、(前駆細胞から生まれた)神経細胞が積層する。本研究では、①大脳原基の細胞の物性、および②細胞間に存在する力の「方向・大きさ」を見出し、これが大脳発生、すなわち脳壁における「細胞の積み重なり」において果たす役割を明らかにする。
平成30年度は前年度に引き続き、①前駆細胞の力学的特性の把握と、②脳壁内部の力学的状況マッピングを実施した。
①前年度は脳原基から神経系前駆細胞を単離し、それに外力を加えることで細胞核運動を模倣することを達成した。これをさらに発展させることを目的に、30年度は神経上皮組織中の神経系前駆細胞に対する外力を操作して細胞核運動への影響を検証した。フェムト秒パルスレーザーで着目細胞の周囲を破壊し外力を除去すると、神経系前駆細胞は細胞核運動を停止した。一方、培養下で脳原基を側方から圧縮することで外力を増加させたところ、細胞核運動が亢進することを見出した。
②前年度は単一細胞の破壊実験を通じて細胞周囲の外力マッピングを行なった。本年度は神経上皮構造内部の力学的状況を知るために、脳原基に「線状の切れ目」をパルスレーザーの連続照射で入れて、その切れ目の変形の計時観察を試みた。現在再現性の良い切断条件構築を実施している。
上記実績の一部を含む実験結果を取りまとめ、米国誌PLoS Biologyに投稿し掲載された。

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

「研究実績の概要」にて記した内容から、順調に進展していると判断できる。

今後の研究の推進方策

複数の細胞から構成される生体組織内部に存在する応力の測定は、現在でも定石が存在しない。本研究ではフェムト秒パルスレーザーによる「点」での照射を直線上に等間隔で実施することにより「切断」としているが、現時点では実験結果の再現性に難が認められる。今後は照射条件の再検討と、レーザーを用いない破壊実験で組織内応力の測定を試みる。

次年度使用額が生じた理由

研究に用いる機材を別の予算で購入したことにより、余剰が生じた。
余剰分は新たな研究機器もしくは研究に関わる消耗品の購入費とする予定である。具体的には細胞物性測定のために最新の３軸油圧マニピュレーター導入を計画している。

研究成果

• [雑誌論文] Elasticity-based boosting of neuroepithelial nukleokinesis via indirect energy transfer from mother to daughter (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomoyasu Shinoda, Arata Nagasaka, Yasuhiro Inoue, Ryo Higuchi, Yoshiaki Minami, Kagayaki Kato, Makoto Suzuki, Takefumi Kondo, Takumi Kawaue, Kanako Saito, Naoto Ueno, Yugo Fukazaawa, Masaharu Nagayama, Takashi Miura, Taiji Adachi, Takaki Miyata
  • 雑誌名: PLoS Biology 巻: 16 ページ: -
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.2004426
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 神経幹細胞による「他力」活用：集団的核移動の効率と細胞産生の安全 (2018)
  • 著者名/発表者名: 篠田友靖，川上巧，宮田卓樹
  • 雑誌名: 生化学 巻: 90 ページ: 1-5
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2018.900820
  • 査読あり
• [学会発表] 細胞間の「力」の授受が、神経系前駆細胞の秩序だった運動と大脳発生に重要である (2019)
  • 著者名/発表者名: 篠田 友靖
  • 学会等名: 第124回日本解剖学会総会全国学術集会
• [学会発表] Elasticity-based boosting of neuroepithelial nukleokinesis via indirect energy transfer from mother to daughter (2018)
  • 著者名/発表者名: 篠田 友靖
  • 学会等名: 第70回日本細胞生物学会・第51回日本発生生物学会合同大会
• [学会発表] Elasticity-based boosting of neuroepithelial nukleokinesis via indirect energy transfer from mother to daughter (2018)
  • 著者名/発表者名: 篠田 友靖
  • 学会等名: 第41回日本神経科学大会
• [備考] 所属研究室HP
  • URL: https://www.takaki-miyata-lab.org/