光温度遺伝学を活用した生体の自律的パターン形成の解析

利用光热遗传学分析生物体自主模式形成

基本信息

批准号：
22H02626
负责人：
茂木文夫
金额：
$ 11.56万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

生物はその発生過程で、細胞集団の空間パターンをマクロスケールで秩序化することで、組織と器官の形態と機能を作り出す。この細胞集団の秩序化では、それぞれの細胞が機械的力刺激を感知・応答することで、細胞内の化学的シグナル伝達を調節する「力学化学カップリング」を必要とすることが示された。しかしながら、生体内の力学作用は直接可視化することができないので、その分子機構や生理的役割には不明な点が多い。そこで生体内の力を計測・評価・人為操作するための新規技術が必要とされる。本研究では、多細胞生物の発生において力作用の生理的役割を解明するための技術開発を目的とし、マイクロ流体デバイスと赤外域光照射による細胞内温度変化を利用して、力発生に関わる標的因子の機能を素早く阻害する「温度遺伝学法」を開発している。この手法では、細胞内局所の温度変化は高速温度感受性の遺伝子変異を導入した細胞骨格因子によって感知され、力発生の局所的変化へと変換される。線虫C. elegansをモデル動物として用い、細胞内微小管およびアクチン骨格の機能と構造を10-30秒程度で阻害できる高速温度感受性遺伝子変異を同定し、生体をライブイメージングしながら温度変化を導入できる顕微鏡システムを構築した。この技術を活用して、胚発生では多細胞期胚における非対称分裂を対象に、線虫成体では子宮内における卵母細胞の形態形成を対象として、微小管およびアクチン骨格に由来した力発生が細胞集団と組織の空間パターン秩序化に及ぼす影響を解明している。

在其发育过程中，生物体通过在宏观上订购细胞群的空间模式来创造组织和器官的功能。细胞群体的这种排序已显示需要“机械化学偶联”，该偶联通过感测并响应机械力刺激来调节细胞内的化学信号传导。但是，由于无法直接可视化体内的机械作用，因此它们的分子机制和生理角色存在许多未知方面。因此，需要新技术来测量，评估和人为地操纵体内的力。这项研究旨在开发技术来阐明力作用在多细胞生物开发中的生理作用，并正在开发一种“热遗传学方法”，该方法使用微流体设备和由红外光照射引起的细胞内温度变化以快速抑制涉及力涉及的势力因素的功能。在这种方法中，通过引入快速温度敏感的基因突变并转化为力发育的局部变化的细胞骨架因子感知细胞的局部温度变化。我们使用线虫秀丽隐杆线虫作为模型动物，我们确定了高速温度敏感的基因突变，可以在大约10-30秒内抑制细胞内微管和肌动蛋白骨骼的功能和结构，并构建了一个显微镜系统，并允许引入温度变化，同时实时成像生物成像。使用这项技术，我们研究了源自微管和肌动蛋白骨骼结构对细胞种群和组织的空间模式排序产生的作用，靶向多细胞胚胎中的不对称分裂，在成年线虫中，子宫中的卵母细胞形态发生。