昆虫の肢をモデルに生物の最終的な形を作る細胞動態をライブイメージングで解明する

以昆虫四肢为模型，利用实时成像来阐明创造生物体最终形状的细胞动力学

• 批准号: 22KJ0548
• 负责人: 平岩 祥太朗
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0548/
• 关键词: ショウジョウバエ; ライブイメージング; 細胞ダイナミクス; 細胞外マトリクス; マクロファージ; 形態形成; 付属肢; 変態

本研究は、ショウジョウバエ付節形成過程において、蛹期に見られる「パルテノン神殿」様構造の形成や「中ぐり加工」による上皮細胞層の薄層化、マクロファージ様細胞による上皮細胞のトリミングなどのダイナミックな細胞の挙動をライブ・イメージングを駆使して解析することで、生物が最終的な「形」をつくるメカニズムに迫ることを目的としている。本年度は、特に「パルテノン神殿」様構造について、その構造の詳細や形成メカニズム、役割を重点的に解析し、以下の結果を得た。まず、ランダムに細胞を標識できる系統により個々の細胞の形態を解析すると、個々の細胞は１本または2本の細長い構造を伸ばしており、隣接する細胞の細長い構造が束なって「パルテノン神殿」様構造の一つの“柱”を形成していた。この時、“柱”は、「パルテノン神殿」様構造の形成初期には斜め遠位側を向いているが、解消する時期になると近位側に向きが変わった。細胞周期についての解析では、これまではこの時期には細胞分裂頻度は非常に低いとされていたが、実際には、主に将来の関節の遠位側である各分節の近位部で細胞分裂頻度が比較的高かった。細胞増殖を制御するYkiの活性を変化させて付節全体で細胞数を強制的に増やすと、「パルテノン神殿」様構造の解消過程が遅くなり、最終的な分節の太さが野生型よりも著しく太くなった。また、基底膜構成タンパク質を標識できる系統を用いた解析では、「パルテノン神殿」様構造の形成に伴い基底膜構造が顕著に観察できるようになるが、その際、基底膜構成タンパク質は均一な膜状ではなく遠近軸に沿った線上の束となって局在していた。これらのことから、個々の細胞が協調的に「パルテノン神殿」様構造を形成すること、その形成には基底膜が制御するテンションと密接な関係があること、さらに「パルテノン神殿」様構造は最終的な「形」とも密接に関係していることが想定された。

这项研究旨在仔细研究生物体通过分析动态细胞行为创建最终“形状”的机制，例如在pupal阶段看到的“类似parthenon的”结构的形成，通过使用巨噬细胞型细胞，使用现有图像来使上皮细胞层稀疏上皮细胞层。今年，我们专注于结构的细节，类似parthenon的结构的作用，并获得了以下结果。首先，当使用可以随机标记细胞的线分析单个细胞的形态时，单个细胞会延伸一个或两个伸长的结构，以及相邻细胞的细长结构捆绑在一起，形成“ parthenon”类似结构的“支柱”。目前，“支柱”在形成“ parthenon”类似结构的早期阶段面向对角线，但是当它解决该解决时，其方向变为近端。细胞周期分析先前已经指出，目前细胞分裂频率非常低，但实际上，细胞分裂频率相对较高，主要是在每个段的近端部分（未来关节）。当控制细胞增殖的YKI的活性被改变以迫使细胞数量跨节点时，解决“ parthenon”的结构的过程减慢了，最终部分的厚度比野生型明显厚。此外，在使用可以标记基底膜蛋白的系统的分析中，“类似parthenon的结构”的形成使得可以清楚地观察地下膜结构，但是目前，地下膜蛋白被沿着透视轴而不是均匀的膜轴定位为捆绑式。从这些原因中，假定各个细胞会合作形成“ parthenon样结构”，它们的形成与基底膜控制的张力密切相关，并且“类似parthenon的结构”与最终的“形式”密切相关。

项目成果

Observation of cell dynamics during the final shape formation of Drosophila adult leg by live imaging

通过实时成像观察果蝇成体腿最终形状形成过程中的细胞动态

• 发表时间: 2021
• 作者: Shotaro Hiraiwa;Reiko Tajiri;Tetsuya Kojima
• 通讯作者: Tetsuya Kojima