「液体」上で細胞を飼う：器官構築の根幹に迫る新規アプローチ

让细胞保持“液体”：一种接近器官构建基础的新方法

• 批准号: 17J06276
• 负责人: 石原(石田)すみれ (2018)
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J06276/
• 关键词: 浸透圧勾配; 液体培養基質; マトリゲル; 上皮細胞; ドーム構造; ゲニピン; アクアポリン; ミオシン; 細胞シート; 粘弾性; 浸透圧

動物の複雑な体構造は，上皮組織の座屈や折りたたみ・伸長といった単純な変形が組み合わされることにより形成される．ドーム形成は上皮組織の折りたたみのひとつであるが，ドーム形成を引き起こす要因はほとんど分かっていない．先行研究により浸透圧勾配が要因として提唱されているものの，その直接的証拠は報告されていない．そこで我々は浸透圧勾配によってドーム形成が誘引されるかとその仕組みとをインビトロで調べた．本研究では，液体培養基質であるマトリゲルをゲニピンという架橋剤で処理して使用した．このゲニピン処理マトリゲル（以下，GPM）上の上皮細胞シートへ浸透圧勾配を与えると，細胞シートは内部がGPMで満たされたドームへと変形した．次に，浸透圧勾配がGPM上でドーム形成を起こす仕組みを調べた．3Dライブイメージングの結果，ドーム形成時にはGPMが膨潤していることがわかった．ゲルは内部の溶液の塩濃度によって膨潤度が変わる．また，細胞の水チャネル・アクアポリン（AQP）は水を高張側に輸送する．そのため，ドーム形成時もAQPによって水がGPMへと輸送されてGPM中の塩濃度が下がり、膨潤が起こっている可能性がある．この可能性を検証するため，AQP阻害剤を投与した．その結果，膨潤が抑制されドームもできなかった．さらに我々は，ドーム構造の力学的機序を調べた．ミオシンはリン酸化により細胞内張力を発生させる．このミオシンの阻害剤（ブレビスタチン, Y27632）を投与したところ，ドーム形成が阻害された．現在は，細胞内張力の局在を調べるため，リン酸化ミオシンの免疫蛍光染色に取り組んでいる．これらの事実は，浸透圧勾配によってGPM上の細胞シートにドーム形成が誘引されることを示した重要な結果である．今後は，細胞内張力の局在明らかにし，来年度中に成果を論文にまとめる予定である．

动物复杂的身体结构是由上皮组织的屈曲、折叠、伸长等简单变形组合而成。圆顶形成是上皮组织的一种折叠类型，但导致圆顶形成的因素很大程度上未知。尽管之前的研究提出渗透压梯度是一个因素，但尚未报道这一点的直接证据。因此，我们在体外研究了渗透压梯度是否以及如何诱导圆顶形成。在这项研究中，我们使用了基质胶（Matrigel），一种液体培养基质，经过称为京尼平的交联剂处理。当对京尼平处理的基质胶 (GPM) 上的上皮细胞片施加渗透压梯度时，细胞片转变为充满 GPM 的圆顶。接下来，我们研究了渗透压梯度导致 GPM 圆顶形成的机制。 3D 实时成像显示 GPM 在圆顶形成过程中膨胀。凝胶的溶胀程度根据内部溶液的盐浓度而变化。此外，细胞水通道、水通道蛋白（AQP）将水输送到高渗侧。因此，即使在圆顶形成过程中，水也可能通过 AQP 输送到 GPM，降低 GPM 中的盐浓度并导致膨胀。为了测试这种可能性，我们施用了 AQP 抑制剂。结果，膨胀被抑制并且没有形成圆顶。此外，我们研究了圆顶结构的机械机制。肌球蛋白通过磷酸化产生细胞内张力。给予这种肌球蛋白抑制剂（blebbistatin，Y27632）可抑制圆顶形成。目前，我正在研究磷酸化肌球蛋白的免疫荧光染色，以研究细胞内张力的定位。这些事实是重要的结果，表明 GPM 上的细胞片层中的圆顶形成是通过渗透压梯度诱导的。未来，我们计划阐明细胞内张力的定位，并在明年内将结果汇编成一篇论文。

项目成果

Mathematical Model of Collective Cell Migrations Based on Cell Polarity

基于细胞极性的集体细胞迁移数学模型

• DOI: 10.1111/dgd.12381
• 发表时间: 2017
• 作者: M. Akiyama; T. Sushida; S. Ishida; H. Haga
• 通讯作者: H. Haga

浸透圧勾配が引き起こす上皮細胞シートのドーム形成

渗透压梯度诱导上皮细胞片圆顶形成

• 发表时间: 2019
• 作者: 石原（石田）すみれ;秋山正和;古澤和也;名黒功;立野浩輝;須志田隆道;石原誠一郎;芳賀永
• 通讯作者: 芳賀永