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

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H05038/
关键词：
発生生物学哺乳類初期発生自己組織化ロバストネス

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。

在这项研究中，我们的目标是利用早期哺乳动物胚胎来了解胚胎克服时空信息波动并稳健发育的原理。 Hiiragi 小组最近的研究增进了我们对胚胎形状和图案的空间控制的理解。另一方面，由于在发育过程中对时间控制的理解还有很多方面尚不清楚，因此我们决定首先研究时间程序在每个细胞中是如何进行的。使用光片显微镜对早期小鼠胚胎进行实时成像，并跟踪细胞以创建从 4 细胞阶段到 64 细胞阶段的细胞谱系图。这表明细胞之间的分裂时间存在差异，并且这种差异随着每次分裂而线性增加。这意味着细胞之间在分裂时间上不存在协调。对兔子和食蟹猴的早期胚胎进行了类似的分析，发现与小鼠一样，分裂的时间存在间隙，并且这种间隙随着每个物种特有的因素而增加。这些发现表明，与青蛙和海胆等重复同步分裂的胚胎不同，异步分裂是在哺乳动物中发挥一定作用的特征。此外，我们正在研究分裂时间的变化对胚胎空间结构的影响。首先，我们正在开发 Morphomap，它可以用数学方式表达 8 细胞胚胎的空间结构，并可以使用拟合细胞轮廓的样条曲线从图像中提取空间信息。此外，小鼠胚胎的大小控制机制可能在着床阶段被激活，为了解决这个问题，我们开发了一种用于培养和观察着床阶段胚胎的三维系统（Ichikawa et al. 2022）。这使得定量分析植入阶段胚胎的细胞动力学成为可能。