魚類ヒレの形態形成において膜電位はモルフォゲンとして機能しうるか？

膜电位可以作为鱼鳍形态发生中的形态发生素吗？

• 批准号: 20K06655
• 负责人: 荒巻 敏寛
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K06655/
• 关键词: サイズスケーリング; 細胞膜電位; 形態形成

以前の研究で、ゼブラフィッシュでは表皮細胞の膜電位がヒレの形態に影響することが示されたが、そのメカニズムはほとんどわかっていない。本研究では、この機構の解明を目指し、膜電位の機能をより直接的に解析するための手法の確立に取り組んでいる。現在、神経科学分野で広く利用されている光応答性の陽イオンチャネル、チャネルロドプシンを用いて表皮細胞の膜電位を人為的に操作することを試みている。表皮細胞にチャネルロドプシンを発現するトランスジェニックフィッシュを作成し、光照射下で飼育した。この操作により表皮細胞の膜電位は上昇していると推測されるが、その結果、ヒレの短縮が起こった。逆に、表皮細胞にカリウムチャネルを発現させて膜電位を人為的に低下させる操作を行ったところ、ヒレは長く伸長した。さらにこの２つを組み合わせることで、光条件を変えることによりヒレの伸長を任意に制御することにも成功した。今後はこの実験系を用いて、膜電位がヒレの形態を制御する分子メカニズムの詳細を明らかにしていきたい。表皮細胞にも神経細胞のように動的な電気的活動があるのだろうか？これを確かめるため、本研究では表皮細胞における膜電位動態を検出する観察系の確立にも取り組んでいる。まずは検出感度を最優先に考え、神経活動の検出によく使われる細胞内カルシウムレポーターGCaMPを用いて間接的な検出を試みた。表皮細胞にGCaMP6sを発現するレポーターフィッシュにおいて、表皮細胞内のカルシウム濃度が短時間に激しく変動していることが観察された。今後は、膜電位動態をより直接的に検出するために、各種膜電位レポータータンパク質を用いて観測に取り組む予定である。

先前的研究表明，表皮细胞的膜电位会影响斑马鱼中的鳍形态，但是这些机制在很大程度上是未知的。这项研究旨在阐明这种机制，并正在努力建立一种更直接地分析膜电位功能的方法。当前，我们正在尝试使用光反应阳离子通道ChannelRhopopsin，在神经科学领域广泛使用表皮细胞的膜电位。在表皮细胞中制备表达通道的转基因鱼，并在光照射下饲养。据估计，由于此过程，表皮细胞的膜电位增加了，但结果是散热缩短。相反，当进行操作以表达表皮细胞上的钾通道以人为地降低膜电位时，将鳍片延长了很长时间。此外，通过结合这两个，我们成功地通过改变光条件来任意控制鳍的扩展。将来，我们将使用该实验系统来阐明膜电位控制FIN的形态的分子机制的细节。表皮细胞还具有像神经元这样的动态电活动吗？为了证实这一点，这项研究还致力于建立一个观察系统，该观察系统检测表皮细胞中的膜电位动力学。首先，检测灵敏度是最高优先级，并使用细胞内钙报告GCAMP尝试间接检测，该钙通常用于检测神经活动。据观察，表皮细胞中的钙浓度在短时间内在表达表皮细胞中表达GCAMP6的报告中急剧波动。将来，我们计划使用各种膜潜在的报告蛋白进行观测，以便更直接地检测膜电位动力学。

项目成果

魚類ヒレ骨の分節パターンを制御する生体電気シグナル

控制鱼鳍骨节段模式的生物电信号

• 发表时间: 2022
• 作者: 若松義雄;金輝;鈴木久仁博;荒巻 敏寛
• 通讯作者: 荒巻 敏寛

Bioelectrical size regulation of bones and appendages in zebrafish

斑马鱼骨骼和附肢的生物电尺寸调节

• 发表时间: 2022
• 作者: Uriu K;Morelli LG.;佐野浩子;田中真仁，祐村惠彦;李 知英;Toshihiro Aramaki
• 通讯作者: Toshihiro Aramaki