| 研究課題/領域番号 |
17H06259
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
猪股 秀彦 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, チームリーダー (60372166)
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| 研究期間 (年度) |
2017-06-30 – 2021-03-31
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| キーワード | モルフォゲン / 濃度勾配 / 時空間制御 / パターン形成 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、発生過程において濃度依存的に胚細胞に位置情報を付与する分泌タンパク質モルフォゲンの時空間制御系の開発を行っている。前年度までに、（１）人工マトリックスを用いた制御系、および（２）人工レセプターを用いた制御系、の二通りの方法を用いて解析を行ってきた。今年度は、より効果的にモルフォゲン分布を制御可能な人工レセプターに重点を置き開発を進めた。
具体的には、前年度までに作成した人工レセプターを培養細胞（in vitro）およびゼブラフィッシュ胚（in vivo）で発現させ、光刺激依存的に分泌タンパク質が人工レセプター発現細胞に集積する様子を観察した。さらに、細胞あるいは胚の局所を光刺激すると、照射した部位でのみ分泌タンパク質の集積が観察された。これらの結果は、本手法が分泌タンパク質の空間分布を時空間的に制御できることを示している。より定量的に分泌タンパク質の集積過程を解析するために、細胞膜に局在するCAAXを指標にROIを作成し、光依依存的に細胞膜に集積する分泌タンパク質の動態を蛍光輝度値の変化量として計測した。その結果、光照射部位で分泌タンパク質の濃度が3-4倍程度上昇することが判明した。
次に、本手法を用いて実際にパターン形成に寄与することが知られている背側化因子（CR1）、中胚葉誘導因子（Xnr）の分布を光刺激依存的に制御した。胚局所に人工レセプターを発現させ胚全体を光照射したところ、CR1、Xnrのいずれも人工レセプターに集積する様子が観察された。さらに光刺激により、CR１の場合には背腹軸が、Xnrの場合には異所的な中胚葉誘導が観察された。これらの結果は、本手法がモルフォゲン依存的な組織パターン形成を光刺激依存的に時空間的に制御できる可能性を示している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
本年度までに人工レセプター系を用いて、分泌タンパク質の空間分布を培養細胞（in vitro）およびゼブラフィッシュ胚（in vivo）で光刺激依存的に制御することに成功している。さらに、モルフォゲン分子（CR1およびXnr）に本手法を応用することにより、モルフォゲン分子も時空間制御可能であることを確認している。以上の結果から、現在までの進捗状況は概ね順調に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度までの結果を踏まえ、今後はモルフォゲン分子の空間分布を光刺激依存的に制御し、組織パターン形成の時空間制御に発展させる。具体的には、本年度までに空間分布制御に成功している中胚葉誘導因子（Xnr）を用いて解析を行う。予備的実験により、胚局所に人工レセプター、胚全体にモルフォゲン分子を発現させ、胚全体の光照射により組織パターン形成が擾乱を受ける時間制御に成功している。この系を時空間制御系に発展させるには、胚全体にモルフォゲン分子と人工レセプターを発現させ、胚の局所を光刺激することで異所的に組織パターン形成を乱す必要がある。この際に問題になるのが、動的な変形・運動により胚の同一箇所を光刺激する難しさにある。特に背腹軸形成時は収斂伸長運動により胚の変形が大きいことが知られている。一方、中胚葉誘導は原腸胚初期までに完了し大きな変形が伴わないため、同一箇所を照射するのに適している。以上の点を踏まえて、今後は中胚葉誘導因子（Xnr）を用いて組織パターン形成の時空間制御を試みる。
さらに、本手法の動作原理に関してもより詳細に解析を行う予定である。本手法は細胞膜上に固定された人工レセプターに分泌タンパク質が光依存的に結合し、拡散速度を減速させることで空間分布を制御している。実際に光褪色後蛍光回復法（FRAP）を用いて、光刺激の有無により分泌タンパク質の拡散速度に変化がみられるか検証を行う予定である。最終的には以上の結果をまとめて、モルフォゲン依存的な組織パターン形成の時空間制御系を開発し論文に投稿する予定である。
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