Modeling of 3D morphogenesis through rotational and collective cell migration

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: Discovery of the logic that establishes the 3D structure of organisms
• Project/Area Number: 15H05859
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: HIroyuki Takeda 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (80179647)
• Project Period (FY): 2015-06-29 – 2020-03-31
• Keywords: ゼブラフィッシュ / 体節形成 / 3次元 / シミュレーション / 形態形成

Outline of Final Research Achievements

3D tissue morphogenesis in animals accompanies massive cell proliferation, cell migration and compartmentalization of a cell population. To understand these processes, we examined cellular and molecular mechanisms underlying 3D morphogenesis of somites using medaka and zebrafish as models, focusing dorsoventral patterning and elongation along the dorso-ventral axis. We identified a subgroup of dermomyotomal cells called horizontal boundary cells (HBCs) as crucial players for compartmentalization of dorsal and ventral cells. Embryological and genetic analyses demonstrated that HBCs play crucial roles in
the two major events of the process, i.e., refinement and maintenance. Furthermore, by tracking cell behavior of all cells in a somite, we elucidated a logic for somite tissue elongation, in which the regional difference in the speed of migrating cells in a somite facilitates cell rearrangement and promote elongation.

Free Research Field

発生遺伝学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

iPSやES細胞など幹細胞の研究が進み、再生医療などへの応用が進んでいる。これらの幹細胞は試験管内で様々な細胞種へ分化誘導することが可能である。一方、成体を維持する器官や組織は、複数の細胞種で構成され、それらが特定の高次構造の下に配置されている。このような構造があってはじめて器官は正常にかつ効率よく機能する。現在、分化した細胞から試験管内で3次元構造の組織構造を有するオルガノイドを作成する研究は進んでいるが、3次元構造を作るロジックは理解できていない。成体内の器官に近い、または任意の形のオルガノイドを作成するために、本研究の器官形成ロジックの理解は重要である。