立体流路における神経幹細胞

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K13515
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 川口 喬吾 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 理研白眉研究チームリーダー (00787319)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 細胞集団運動

研究実績の概要

アクティブマター分野においては、2次元系の理論・数値シミュレーション・実験系が多く研究されているが、生体内での細胞集団や細胞骨格系のダイナミクスの多くは3次元系である。本研究では、アクティブマター物理の生体内現象の理解や制御を視野に入れるため、3次元系における細胞集団運動の研究を実験・理論両面から進めていく。特に本研究では、液晶や細胞骨格系などのやや人工的な例に頼らず、細胞集団運動の3次元動態をin vitroで観察し解析することを狙っている。実験系としては、2次元培養条件下ではネマチック相や半渦に対応するトポロジカル欠陥といった液晶と同様なパターンを生じる、神経幹細胞を用いている。

2019年度は、ラミニンを主成分とする細胞外基質であるマトリゲルに神経幹細胞を高濃度で混ぜる実験を引き続き進めた。細胞核と同時に細胞体や接着状況を観察できる株を追加で作成し、3次元環境下で細胞運動が長時間継続する条件の検討を重ねた。その中で、神経幹細胞をマトリゲル内で培養した際に、立体的なネットワーク構造が作られることを発見した。さらに、このネットワーク構造の中で、細胞が局所的な流れを生じていることもわかった。他にも、ゲル基盤がない状況においても、液中で細胞塊同士をつなぐ細胞の糸のようなものが生じることも見つけた。この細胞の糸は、構成する細胞が運動を続けているために激しく入れ替わるが、にもかかわらず構造が動的に維持されている。

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

当初予定していた3次元培養条件ではうまく行かないものもあったが、マトリゲル内における立体的なネットワークの出現という興味深い現象を見つけられたという点では進展があった。

今後の研究の推進方策

マトリゲル内で自発的に生成される現在この構造形成と細胞流のメカニズム解明のために観察条件の最適化と摂動実験を進めていく。

研究成果

• [雑誌論文] Chromatin state switching in a polymer model with mark-conformation coupling (2019)
  • 著者名/発表者名: Adachi Kyosuke, Kawaguchi Kyogo
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW E 巻: 100 ページ: 060401(R)
  • DOI: 10.1103/PhysRevE.100.060401
  • 査読あり
• [雑誌論文] A large pool of actively cycling progenitors orchestrates self-renewal and injury repair of an ectodermal appendage. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sharir Amnon, Marangoni Pauline, Zilionis Rapolas, Wan Mian, Wald Tomas, Hu Jimmy K, Kawaguchi Kyogo, Castillo-Azofeifa David, Epstein Leo, Harrington Kyle, Pagella Pierfrancesco, Mitsiadis Thimios, Siebel Christian W, Klein Allon M, Klein Ophir D
  • 雑誌名: NATURE CELL BIOLOGY 巻: 21 ページ: 1102--1112
  • DOI: 10.1038/s41556-019-0378-2
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] アクティブネマティック細胞とキラリティ (2020)
  • 著者名/発表者名: 川口 喬吾
  • 学会等名: 山田研究会「動的過程における右と左」ー非平衡、非対称、非線形が紡ぐ学際研究ー」
  • 招待講演
• [学会発表] Applying condensed matter concepts to collective cell dynamics and tissues (2020)
  • 著者名/発表者名: 川口 喬吾
  • 学会等名: ASHBi Retreat
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞集団運動の非平衡物理とトポロジー (2019)
  • 著者名/発表者名: 川口 喬吾
  • 学会等名: 待兼山コロキウム, 大阪大学
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞集団運動とトポロジー (2019)
  • 著者名/発表者名: 川口 喬吾
  • 学会等名: 筑波大学物性セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Active nematic cells and topology (2019)
  • 著者名/発表者名: 川口 喬吾
  • 学会等名: East Asia Joint Seminars on Statistical Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 細胞集団運動とトポロジー (2019)
  • 著者名/発表者名: 川口 喬吾
  • 学会等名: KUIAS-Heidelberg-RIKEN iTHEMS joint workshop, Kyoto Univ.
  • 招待講演
• [学会発表] Nonequilibrium properties of multicellular systems (2019)
  • 著者名/発表者名: 川口 喬吾
  • 学会等名: RIKEN Summer School Retreat
  • 招待講演
• [学会発表] Physical properties of homeostatic and active tissues (2019)
  • 著者名/発表者名: 川口 喬吾
  • 学会等名: The 57th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Nonequilibrium physics of collective cell migration and tissue homeostasis (2019)
  • 著者名/発表者名: 川口 喬吾
  • 学会等名: Academia Sinica (seminar)
  • 招待講演
• [学会発表] 成体組織恒常性の普遍モデルとその性質 (2019)
  • 著者名/発表者名: 川口 喬吾
  • 学会等名: 第19回日本蛋白質科学会年会 第71回日本細胞生物学会大会 合同年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] 成体組織恒常性の非平衡物理 (2019)
  • 著者名/発表者名: 川口 喬吾
  • 学会等名: 北大MMCセミナー
  • 招待講演
• [図書] "物理科学,この1年 2020 (Parity)" (2020)
  • 著者名/発表者名: パリティ編集委員会 編
  • 総ページ数: 166
  • 出版者: 丸善出版
  • ISBN: 9784621304860