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

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。

利用人工基因电路的合成生物学的发展使得能够对广泛的细胞功能进行重新配置和人工操作。然而，关于成功操纵哺乳动物细胞中动态且复杂的组织组装过程的报道却很少。这被认为是因为很难定量测量和评估所创建的人工基因电路的动态特性，并且没有可用于验证人工电路操作的组织构建模型实验系统。如果能够开发出实现这一系列过程的集成平台，预计它将导致控制和重新配置多细胞组织动态时空模式的创新技术的建立。因此，在本研究中，我们将构建细胞自主或非自主运行的人工基因电路，并利用主要研究者开发的基因表达光学控制和光学测量技术定量测量和评估其动态特性。然后，我们将尝试恢复突变细胞群的组织结构，其体节组织形成所需的遗传电路已被人工遗传电路破坏。今年，为了进一步验证以细胞非自主方式运行的人工基因电路的功能，我们制备了多个电路的突变细胞系，并尝试比较它们的功能。对每个突变株进行回收验证实验，获得活细胞成像和标记染色图像等数据。此外，为了创建细胞自主的人工基因电路，我们开发了可用于人工操纵细胞内动力学的基本技术。此外，我们继续制备可用于细胞自主电路功能验证的突变细胞。