心臓管回転を駆動する左右非対称な細胞挙動の制御機構

驱动心管旋转的不对称细胞行为的控制机制

• 批准号: 22K06820
• 负责人: 城所 比奈子
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Doshisha University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K06820/
• 关键词: 心臓管形成; 左右非対称; ループ形成; Nodal; ライブイメージング; 形態形成; 心臓形成; 細胞挙動

心臓管形成過程の高解像度イメージングを実施し、4D画像データから1細胞スケールの変化と組織スケールの変形を抽出して定量する方法を確立した。これによって分子、細胞、組織の各階層における変化の相関を解析することが可能となった。この方法を用いて心臓管形成を解析すると、本過程において細胞増殖や細胞死はほとんど起こっていないこと、心臓原基の形態変化のほとんど全てが細胞配置換えと細胞変形によって引き起こされていることがわかった。興味深いことに、Nodalを発現する細胞集団ではこれらの細胞挙動がいずれも亢進しており、これによって左側原基の変形量が増大することを見出した。しかし、この細胞と組織の左右差が、管の回転によって左右原基が非対称に歪んだ結果、2次的に生じた可能性も考えられたため、左右原基の融合を阻害して、両者を等しい条件下で比較することでこれを検証した。その結果、融合阻害心臓においても同様の左右差が観察され、これらが内在的な左右性であることを確認できた。さらにNodalシグナルを阻害するとこれらの左右差は消失し、心臓管回転も起こらなくなった。これらの結果は、Nodalが細胞配置換えや細胞変形を促進し、上皮シートである心臓原基の変形量に左右差をつくりだすことによって心臓管を回転させることを示唆している。これまでNodalは左側細胞の細胞移動を促進することで管を回転させるとされていたが、本研究の結果は、Nodalが上皮形態形成に作用して管の回転運動を引き起こすという、全く新しいメカニズムを提唱している。そこで次にNodalシグナルの下流メカニズムを調べる目的で、配置換えや細胞変形の制御に重要な役割を果たすカドヘリンとミオシンの可視化を試みた。DNA注入によって蛍光標識したこれらのタンパク質を心臓原基特異的に発現させたが、導入される細胞数が少なく有意義な結果を得るに至らなかった。

我们对心管形成过程进行了高分辨率成像，并建立了一种从 4D 图像数据中提取和量化单细胞尺度变化和组织尺度变形的方法。这使得分析分子、细胞和组织各个水平的变化之间的相关性成为可能。使用这种方法对心管形成的分析表明，在此过程中几乎没有发生细胞增殖或细胞死亡，并且心脏原基的几乎所有形态变化都是由细胞重排和细胞变形引起的。有趣的是，我们发现所有这些细胞行为在表达 Nodal 的细胞群中均得到增强，导致左侧原基变形量增加。然而，人们认为这种细胞和组织的左右差异可能是由于管的旋转导致左右原基不对称变形而产生的，这可能会抑制左右原基的融合，导致两者分离，这一点通过在同等条件下进行比较得到验证。结果，在融合抑制的心脏中观察到类似的偏侧性差异，证实这些是内在偏侧性。此外，当抑制节点信号时，这些左右差异消失，心管旋转不再发生。这些结果表明，Nodal 通过促进细胞重排和细胞变形并在心脏原基（上皮片）的变形量上产生左右差异来旋转心管。此前，人们认为Nodal通过促进左侧细胞的细胞迁移来旋转管，但这项研究的结果揭示了一种全新的机制，即Nodal作用于上皮形态发生并引起管的旋转运动。为了研究 Nodal 信号传导的下游机制，我们接下来尝试可视化钙粘蛋白和肌球蛋白，它们在控制重排和细胞变形中发挥重要作用。尽管这些荧光标记蛋白通过DNA注射在心脏原基中特异性表达，但由于引入的细胞数量较少，没有获得有意义的结果。

项目成果

Stiffness of primordial germ cells is required for their extravasation in avian embryos

原始生殖细胞的硬度是其在禽类胚胎中外渗所必需的

• DOI: 10.1016/j.isci.2022.105629
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 5.8
• 作者: Saito Daisuke;Tadokoro Ryosuke;Nagasaka Arata;Yoshino Daisuke;Teramoto Takayuki;Mizumoto Kanta;Funamoto Kenichi;Kidokoro Hinako;Miyata Takaki;Tamura Koji;Takahashi Yoshiko
• 通讯作者: Takahashi Yoshiko

Nodal signaling regulates asymmetric cellular behaviors, driving clockwise rotation of the heart tube in zebrafish

节点信号调节不对称细胞行为，驱动斑马鱼心管顺时针旋转

• DOI: 10.1038/s42003-022-03826-7
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 5.9
• 作者: Kidokoro Hinako;Saijoh Yukio;Schoenwolf Gary C.
• 通讯作者: Schoenwolf Gary C.

Stiffness of primordial germ cells is required for their extravasation in avian embryos

原始生殖细胞的硬度是其在禽类胚胎中外渗所必需的

• DOI: 10.1101/2022.05.09.491122
• 发表时间: 2022
• 作者: Saito Daisuke;Tadokoro Ryosuke;Nagasaka Arata;Yoshino Daisuke;Teramoto Takayuki;Mizumoto Kanta;Funamoto Kenichi;Kidokoro Hinako;Miyata Takaki;Tamura Koji;Takahashi Yoshiko
• 通讯作者: Takahashi Yoshiko