人工シグナル分子による隣接細胞間の動的通信経路の構築と応用

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H03332
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 磯村 彰宏 京都大学, 高等研究院, 特定助教 (70512466)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 合成生物学 / 人工遺伝子回路 / 細胞間コミュニケーション / 光遺伝学 / Notchシグナル

研究実績の概要

人工遺伝子回路を活用した合成生物学の発展は、広範な細胞機能の再構成を可能にしてきた。しかし、哺乳動物細胞における細胞間の動的コミュニケーションを人工的に構築した例はほとんど報告されていない。そこで本研究では、synNotchシステムを起点とした新規人工シグナル伝達経路を作製し、光遺伝学技術によって動的コミュニケーション能力を検証することを試みた。また、リガンド・受容体を遺伝子改変することで通信速度のパラメータ調整を実現することを試みた。その結果、オリジナルのsynNotchシステムでは動的情報伝達が限定的で、送信細胞内における振動的情報を伝達する効率が低いことが分かった。一方で、改変したsynNotchシステムを使用することで送信細胞における振動的な転写活性を隣接細胞間で伝達可能であることが明らかになった。さらに、リガンド・受容体の改変体を検討した結果、隣接細胞間の速度が大きく異なる組み合わせを見出した。

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

期待していた通り、送信細胞における振動的な転写活性を隣接細胞間で伝達可能な新規人工シグナル伝達経路の通信速度が異なるツールキットが得られたため。

今後の研究の推進方策

これまでの結果から、様々な通信速度を実現可能な新規人工シグナル伝達経路のリガンド・受容体が得られた。今後はこれらの人工シグナル伝達経路を使って、細胞集団の遺伝子発現振動ダイナミクスを人工操作することを試みる。

研究成果

• [雑誌論文] Dynamic Delta-like1 expression in presomitic mesoderm cells during somite segmentation (2020)
  • 著者名/発表者名: Takagi Akari、Isomura Akihiro、Yoshioka-Kobayashi Kumiko、Kageyama Ryoichiro
  • 雑誌名: Gene Expression Patterns 巻: 35 ページ: 119094～119094
  • DOI: 10.1016/j.gep.2019.119094
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coupling delay controls synchronized oscillation in the segmentation clock (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka-Kobayashi Kumiko、Matsumiya Marina、Niino Yusuke、Isomura Akihiro、Kori Hiroshi、Miyawaki Atsushi、Kageyama Ryoichiro
  • 雑誌名: Nature 巻: 580 ページ: 119～123
  • DOI: 10.1038/s41586-019-1882-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oscillations of MyoD and Hes1 proteins regulate the maintenance of activated muscle stem cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Ines Lahmann, Dominique Brohl, Tatiana Zyrianova, Akihiro Isomura, Maciej T Czajkowski, Varun Kapoor, Joscha Griger, Pierre-Louis Ruffault, Despoina Mademtzoglou, Peter S Zammit, Thomas Wunderlich, Simone Spuler, Ralf Kuhn, Stephan Preibisch, Jana Wolf, Ryoichiro Kageyama, Carmen Birchmeier
  • 雑誌名: Genes & development 巻: 33 ページ: 524-535
  • DOI: 10.1101/gad.322818.118
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著