人工遺伝子回路による体節組織形成の再構成と操作

使用人工基因电路重建和操纵体节组织形成

• 批准号: 21H03540
• 负责人: 磯村 彰宏
• 金额: $ 11.07万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H03540/
• 关键词: 合成生物学; 人工遺伝子回路; オルガノイド; 分節時計; 光遺伝学; 合成生物学; 人工遺伝子回路; オルガノイド; 分節時計; 光遺伝学

人工遺伝子回路を活用した合成生物学の発展は、広範な細胞機能の再構成や人工操作を可能にしてきた。しかし、哺乳動物細胞における動的かつ精緻な組織構築過程の操作に成功した例はほとんど報告されていない。これは、作製した人工遺伝子回路の動的特性を定量的に計測・評価することが困難で、人工回路の動作検証に有用な組織構築のモデル実験系が存在しなかったためと考えられる。もし、そのような一連の工程を実現する統合的なプラットフォームを整備することができれば、多細胞組織の動的な時空間パターンを制御・再構成するための革新的技術の確立に繋がると期待される。そこで本研究では、細胞自律的または非自律的に働く人工遺伝子回路を構築し、その動的特性を研究代表者が開発した遺伝子発現の光制御・光計測技術によって定量的に測定・評価する。そして、体節組織形成に必要な遺伝子回路を破壊した変異細胞集団の組織構築を、人工遺伝子回路によって回復させることを試みる。本年度は、細胞非自律的に働く人工遺伝子回路の機能性の検証をさらに進める目的で、複数の回路について変異細胞株を準備し、それぞれの機能を比較することを試みた。それぞれの変異株で回復検証実験を行い、生細胞イメージングやマーカー染色像などのデータを取得した。また、細胞自律的な人工遺伝子回路を作成するため、細胞内ダイナミクスの人工操作に有用な要素技術開発を行った。さらに、細胞自律的な回路の機能検証に有用な変異細胞の準備を進めた。

使用人工遗传回路的合成生物学的发展使得可以重建和人为地操纵各种细胞功能。但是，很少有病例在操纵哺乳动物细胞的动态和精制组织构建过程方面成功。这被认为是因为很难定量测量和评估人工基因电路的动态特征，并且没有用于构建可用于验证人工电路运行的组织的模型实验系统。如果我们可以建立一个实现此类过程的集成平台，则有望建立创新技术，用于控制和重建多细胞组织的动态时空模式。因此，在这项研究中，构建了以细胞自主或非自治方式工作的人工基因回路，并使用主要研究者开发的光控制和光学测量技术对其动态特性进行定量测量和评估。然后，试图恢复突变细胞种群的组织构建，该突变细胞种群破坏了使用人工遗传回路的遗传回路形成所需的遗传回路。今年，我们试图进一步测试非自动起作用的人工基因电路的功能，并准备多个电路突变细胞系并比较其功能。在每个突变菌株上进行了恢复验证实验，并获得了活细胞成像和标记染色图像之类的数据。此外，为了创建细胞自治的人工基因回路，我们开发了用于人工操纵细胞内动力学的元素技术。此外，我们开始制备突变细胞，可用于验证细胞自治电路的功能验证。