2015 Fiscal Year Research-status Report
神経細胞移動の基盤となる細胞骨格および核ダイナミクスの解析
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26830012
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
梅嶋 宏樹 京都大学, 物質－細胞統合システム拠点, 研究員 (40525375)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 脳・神経 / 発生・分化 / 細胞・組織 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脳の発生過程において神経細胞は自らが誕生した部位から機能部位へと自律的に移動することで、特徴的な層構造や神経核構造を形成する。神経細胞移動は機能的な脳の形成において必須であり、その異常は広範な神経発達障害と密接に関連すると考えられている。また、神経細胞は他の移動細胞とは異なる特徴的な移動様式を示すことが知られており、細胞生物学的な視点から見ても重要な研究対象である。移動中の神経細胞は移動方向へと先導突起と呼ばれる長い神経突起を伸長し、その内部を細胞核が移動していく。神経細胞の核移動を制御するメカニズムに関しては微小管およびアクチン細胞骨格とその関連分子の関与が報告されているが、その正確な作用機序はいまだ不明である。これまでにアクチン細胞骨格が後ろから核を押し出すというモデルとアクチンもしくは微小管細胞骨格が前方から核を牽引するというモデルが同時に提唱されており決着がついていない。その原因としては、細胞内における細胞骨格系の役割が多岐に渡るため核移動への直接的な効果を二次的な効果から分離しがたいこと、移動中の神経細胞が一般的な移動細胞に比べて著しく小さいために個々の分子の細胞内部での挙動を直接観察することが難しいことが挙げられる。そこで本研究では、核移動の際の核自身の形態変化に着目し、そのダイナミクスを定量的に解析することで核移動を制御する力学的メカニズムおよび分子基盤を明らかにすることを目指す。高速共焦点顕微鏡を用いて移動中神経細胞における核移動の動態を高い時間・空間分解能で観察し、そのダイナミクスを定量的に解析することで核に作用する力を推定する。また、牽引力顕微鏡法を用いて核移動の際に作用する力の発生源の特定を行う。さらに薬理学・分子生物学的手法を用いて神経細胞移動に関与すると考えられる分子の機能阻害を行うことで核移動の分子メカニズムを明らかにする。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでに高速共焦点顕微鏡を用いて移動中神経細胞の細胞核を高い時間・空間分解能でタイムラプス撮影することに成功しており、その結果から細胞核が移動に伴って回転・変形することを見出している。デジタル画像解析手法を用いた定量解析の結果から核の回転・変形が核移動の方向やダイナミクスと高い相関を持つことを明らかにしており、これらの核の挙動が移動の際に核に作用する力を反映していると考えられる。さらに核移動の際に作用する力の発生源を明らかにするため、移動中の神経細胞が基質に及ぼす力の時空間分布を牽引力顕微鏡法を用いて計測した。神経細胞は核の移動に伴って先導突起の局所において基質に牽引力を発生させており、この力は核に作用する前方からの牽引力を反映していると考えられた。本年度は、さらに上記の実験系を用いて細胞核の移動を制御する分子機構の探索を行なった。神経細胞移動に深く関与すると考えられている細胞骨格系の分子を薬理学的および分子生物学的手法を用いて阻害し、核の移動・回転・変形および牽引力に対する影響を調べた。その結果から、神経細胞の核移動には微小管骨格系の分子とアクチン骨格系の分子が協働的に作用していることを示唆する結果を得た。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度までに得られた結果をもとに核移動に関与する分子メカニズムの探索をさらに推進する。RNAiノックダウン法や拮抗抑制分子の過剰発現により対象の分子を阻害し核ダイナミクスへの影響を検討する。また、薬剤の局所投与系を用いて細胞の局所で細胞骨格分子の重合やモータータンパク質の活性を阻害し、各分子の核ダイナミクスに対する役割を時空間的に調べる。さらに細胞核と細胞骨格を連結すること知られているKASHファミリー分子に着目しこれらの阻害が核ダイナミクスに及ぼす影響を検討することで細胞骨格系から核への力の作用点を明らかにする。
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[Journal Article] ECHO-liveFISH: in vivo RNA labeling reveals dynamic regulation of nuclear RNA foci in living tissues.2015
Author(s)
Oomoto, I., Suzuki-Hirano, A., Umeshima, H., Han, YW., Yanagisawa, H., Carlton, P., Harada, Y., Kengaku, M., Okamoto, A., Shimogori, T. and Wang, DO.
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Journal Title
Nucleic Acids Res.
Volume: 43(19)
Pages: e126
DOI
Peer Reviewed
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