卵割期の細胞配置パターンの定量計測と数理モデルの構築

卵裂阶段细胞排列模式的定量测量及数学模型的构建

• 批准号: 16J09469
• 负责人: 山本 一徳
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: National Institute of Genetics (2017)The Graduate University for Advanced Studies (2016)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J09469/
• 关键词: 発生生物学; 初期胚発生; 線虫; Cell mechanics; 原子間力顕微鏡; 初期胚; 力学モデル

H29年度は、これまでに得られた実験結果をまとめて論文を作成し、海外の学術雑誌への掲載を目指した。特別研究員が筆頭著者として受け入れ研究者と共に論文を執筆した。Development誌においてリバイスを受け、追加の実験を行ない論文掲載に至った。追加の実験では、２細胞期から４細胞期にかけての細胞の分裂方向のパターンが野生型とは異なる場合に卵殻形状の違いとともに細胞がどのように配置するのかを調べた。そして、構築した数理モデルが分裂方向のパターンが異なる場合においても有用かどうか検討した。本研究で提唱された数理モデルは細胞の分裂パターンが異なる条件でも実際の観察結果を再現することがある程度できているため、他線虫種を含めた様々な細胞配置パターンを再現・予測することができると考えられた。これまでは胚発生の初期段階における多様な細胞配置パターン形成の力学的な機構はほとんど分かっていなかったが、本研究により、細胞の周囲を覆う空間的な制約の形状と細胞間力(細胞同士の押し合う力や引き合う力)の二つの要素の違いによって線虫胚における多様な細胞配置形成が決まることが明らかとなった。次の課題として、数理モデルで仮定した細胞間力が実際のC. elegans初期胚でどう働いているのかは明らかではなかった。そのため、細胞間力の大きさと細胞間距離の関係を実際に測定することを目的として、Atomic Force Microscopy(AFM)を用いた実験を新たに計画した。JSPSとERCとの協力による特別研究員の海外渡航支援事業を利用してCell mechanicsが専門のUniversity College London(UCL)のGuillaume Charras教授にコンタクトをとった。５ヶ月間の滞在でAFMの使い方を習得し、細胞表層のアクトミオシンの細胞間力への寄与について知見を得ることもできた。

2017年，我们旨在编译到目前为止获得的实验结果并创建论文，并将其发布在海外学术期刊上。一位特别研究人员将该论文与接受的研究人员一起作为主要作者。该论文在开发杂志上进行了修订，并进行了其他实验，从而发表了。在其他实验中，我们研究了当细胞在二到四个环相之间的分裂方向上的细胞模式与野生型相之间的不同时，我们研究了如何将细胞与蛋壳形状的差异一起放置。然后，我们检查了构造的数学模型是否有用，即使在分裂方向上的模式不同。这项研究中提出的数学模型即使在细胞分裂模式不同的条件下也能够再现实际观察结果，并且人们认为可以再现和预测各种细胞排列模式，包括其他线虫物种。到目前为止，在胚胎发育的早期阶段，对各种细胞放置模式形成的动态机制知之甚少，但是这项研究表明，这两个要素之间的差异，细胞周围的空间约束和细胞间力的空间约束的形状（在细胞之间推动和吸引细胞之间的力量）确定了Enmos的形式。作为下一个挑战，尚不清楚数学模型中假设的细胞间力如何在实际的早期秀丽隐杆线虫胚胎中起作用。因此，我们新计划使用原子力显微镜（AFM）进行实验，目的是实际测量细胞细胞力量幅度和细胞细胞距离之间的关系。使用该项目支持与JSP和ERC合作的特别研究人员的海外旅行，Cell Mechanics与伦敦大学学院（UCL）的Guillaume Charras教授联系，他专门从事其细胞力学。住了五个月后，我学会了如何使用AFM并深入了解肌动蛋白对细胞表面对细胞间力的贡献。

项目成果

A novel mechanistic model that accounts for the diversity and robustness of blastomere configurations against embryo deformations in nematodes

一种新的机制模型，解释了线虫胚胎变形时卵裂球结构的多样性和鲁棒性

• 发表时间: 2017
• 作者: Yamamoto Kazunori;Kimura Akatsuki;Kazunori Yamamoto and Akatsuki Kimura
• 通讯作者: Kazunori Yamamoto and Akatsuki Kimura

はじまりは卵の形だった～初期胚における細胞の配置パターンの決定機構～

一开始是蛋形的～决定早期胚胎细胞排列模式的机制～

A possible impact of oocyte shapes on cell arrangement patterns during embryogenesis in C. elegans and their diversity among nematode species

卵母细胞形状对秀丽隐杆线虫胚胎发生过程中细胞排列模式的可能影响及其线虫物种的多样性

• 发表时间: 2017
• 作者: Yamamoto Kazunori;Kimura Akatsuki;Kazunori Yamamoto and Akatsuki Kimura;Kazunori Yamamoto and Akatsuki Kimura
• 通讯作者: Kazunori Yamamoto and Akatsuki Kimura

細胞間の力学的な相互作用が細胞配置パターン形成に関与する

细胞之间的机械相互作用参与细胞排列模式的形成

• 发表时间: 2016
• 作者: 山本一徳;木村暁
• 通讯作者: 木村暁

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