2019 Fiscal Year Research-status Report
Transmission mechanism of positional information to living tissue by fluid flow.
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17K07425
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| Research Institution | Center for Novel Science Initatives, National Institutes of Natural Sciences |
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Principal Investigator |
野中 茂紀 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 准教授 (90435529)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 左右性 / 発生 / 繊毛 / 水流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
哺乳類発生の左右決定においては胚表面のノードと呼ばれる部位において繊毛が作る左向きの水流が決定的に重要である。回転する繊毛が作る水流はノードの左 右周縁部にある細胞自身によって検知され、細胞内Ca2+上昇(以下「発火」)が左側でより頻繁になる左右差を引き起こし、これがさらに遺伝子発現の左右差につ ながると考えられている。しかしノードの細胞が水流を検知する機構は未だ不明である。
現在までに提唱されている仮説として「膜小胞を通じ分泌された物質が濃度勾配をつくる(NVPモデル)」と「水流のずり応力が情報を伝える(ずり応力モデル)」 の2つがある。前者はそれらしい映像が捉えられているものの時間解像度が不足しており、後者はノードの左右端で流速が違うことが前提となるが、哺乳類胚で これをきちんと計測した例はない。
そこで両モデルを検証するために、電気的可変焦点レンズ(ETL)を利用した自作の高速・振動フリーの光シート顕微鏡を用い、生きたマウス胚のノードを観察している。
ずり応力モデル検証のため、蛍光マイクロビーズで可視化した水流の速度分布を調べている。NVPモデル検証のためには細胞表面を蛍光ラベルし、報告されているような粒子の有無を調べている。どちらについても、少なくともポジティブな結果は得られていない。
また水流によって生じると考えられる微小な電位(流動電位)が左右性決定に関わる可能性を検証するため、電位の測定及び強制的に胚に印加するシステムの構築中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
水流の3次元的速度分布解析においては、高速化したライトシート顕微鏡でも時間分解能が十分とは言えず、個々の蛍光ビーズを追跡できる例が限られておりサンプル数がなかなか増えない。
流動電位モデルの検証においては、振動プローブ法の測定装置を作るためにロックインアンプとガルバノスタットといった、本研究予算ではまかないきれない金額の装置が必要と判明したため一時的に止まっていた。幸いどちらも入手できたため現在構築を進めているところである。
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| Strategy for Future Research Activity |
水流の3次元的速度分布解析においては時間をかければサンプル数が揃うと見込めるため引き続き進める。より高速に撮影する方法がないかについても検討する。流動電位モデルの検証も、前項に書いた通り、計画がやや遅れている状況なのでこのまま進める予定である。
次の段階としてはそれぞれのキーとなる分子を調べて、流れによる刺激、Ca2+シグナル、非対称な遺伝子発現というカスケードの解明に注力する。 流動電位モデルについては、仮に電位差の存在が証明できたとして、かつ胚への印加によって左右性をコントロールできたとしても、それが生理的現象であるということを担保するのが難しい。電気はあらゆることに影響する可能性があるからである。そこで、薬剤の添加やチャネルの強制発現によって膜電位を人工的に変える実験を行い、より厳密に妥当性を検証していく。
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| Causes of Carryover |
【現在までの進捗状況】に記した通りの事情で研究の実施状況が遅れているため、令和元年度に行う予定だった水流の3次元的速度分布解析や流動電位モデルの検証の実験を令和2年度にまたがって行う予定である。
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