Spatio-temporal variabilities and robustness in pre-implantation mammalian development

植入前哺乳动物发育的时空变异性和鲁棒性

基本信息

批准号：
21H05038
负责人：
柊卓志
金额：
$ 121.06万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-05 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、哺乳類の初期胚を用い、胚が空間や時間情報におけるゆらぎを乗り越えて堅牢に発生する原理を理解することを目指している。柊グループの近年の研究により、胚の形やパターンなどの空間の制御についての理解が進んできた。一方で、発生の進行における時間制御の理解については未解明の部分が多いため、まず細胞ごとの時間プログラムの進み方について調べることにした。マウス初期胚を光シート顕微鏡でライブイメージングし、細胞を追跡して4細胞期から64細胞期までの細胞の系譜図を作成した。これにより、細胞間で分裂のタイミングにばらつきがあり、このばらつきが分裂の回を追うごとに線形に増大することがわかった。このことは分裂タイミングには細胞間で協調が存在しないことを意味している。同様の解析を、ウサギとカニクイザルの初期胚で行ったところ、マウスと同じく分裂タイミングにズレが存在すること、このズレは種によって固有の係数の元に増大することがわかった。これらは、同調分裂を繰り返すカエルやウニなどの胚と異なり、非同調分裂が哺乳類で何らかの役割を持つ特徴であることを示唆している。さらに、分裂タイミングのズレが胚の空間構造に与える影響を調べている。まずは8細胞期胚における空間構造を数学的に表現できるMorphomapを開発中で、これは細胞の輪郭にフィットするスプライン曲線を用いて画像から空間情報を抽出することができる。また、マウス胚のサイズ制御機構が着床期に活性化する可能性があり、この課題に取り組むため、着床期胚の培養と観察の三次元系を開発した（Ichikawa et al. 2022）。これにより、着床期胚の細胞のダイナミクスを定量的に解析することができるようになった。

这项研究使用早期的哺乳动物胚胎来了解胚胎可以通过克服空间和时间信息的波动来牢固发展的原理。 Hiiragi组的最新研究提高了他们对空间控制（例如胚胎形状和模式）的理解。另一方面，由于理解发育进展中时间控制的许多未知方面，我们决定首先研究每个单元格的时间程序的进度。使用光片显微镜实时实时图像，并跟踪细胞从4到64细胞阶段创建细胞谱系。这表明细胞之间的分裂时间存在变化，并且这种变化随着每个环状循环过程线性增加。这意味着在分裂时机中没有细胞间协调。对兔子和cynomolgus猴子的早期胚胎进行了类似的分析，发现分裂的时间与小鼠相似，并且根据物种的固有系数增加了这种偏差。这些表明，与反复分裂的胚胎和海胆等胚胎不同，非同步分裂是在哺乳动物中具有一定作用的特征。此外，我们研究了分裂时间对胚胎空间结构的差异的影响。首先，我们正在开发形态图，它可以在数学上代表8细胞阶段胚胎中的空间结构，从而可以使用适合细胞轮廓的样条曲线从图像中提取空间信息。此外，有可能在植入阶段激活小鼠胚胎的尺寸控制机制，为了应对这一挑战，我们开发了一个三维系统，用于培养和观察植入阶段胚胎（Ichikawa等，2022年）。这允许对植入阶段胚胎中细胞动力学进行定量分析。