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。

本研究通过分析考察了果蝇分割过程的动态动力学，包括蛹阶段看到的帕特农神庙样结构的形成、通过钻孔使上皮细胞层变薄以及通过巨噬细胞样细胞修剪上皮细胞。使用实时成像来研究各种细胞的行为，目的是了解生物形成最终形式的机制。今年，我们重点分析了类帕特农神庙结构的细节、形成机制和作用，得到了以下成果。首先，当我们使用可以随机标记细胞的系统分析单个细胞的形态时，我们发现每个细胞都延伸出一两个细长结构，而相邻细胞的细长结构捆绑在一起，形成了一座“帕台农神庙”。类似结构的一根“支柱”。此时，在类似“帕特农神庙”的结构形成的早期阶段，“柱子”朝向对角远端，但当溶解时，它们改变了方向，朝向近侧。之前对细胞周期的分析表明，这个时期细胞分裂的频率很低，但实际上，细胞主要发生在每个节段的近端部分，也就是未来关节的远端部分的分裂频率。相对较高。通过改变控制细胞增殖的Yki活性，强行增加整个副节段的细胞数量，减缓“帕台农神庙”状结构的解析过程，最终节段厚度比野生的要大类型明显变厚。此外，在使用可标记基底膜蛋白的系统进行分析时，可以清楚地观察到基底膜结构形成了类似“帕台农神庙”的结构，它被定位为沿近远轴的一条线上的束；而不是作为一种形状。这些发现表明，单个细胞协同形成帕台农神庙式结构，这种形成与基底膜控制的张力密切相关，并且推测帕台农神庙式结构与“形状”有密切关系。 ”的“形状”。

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