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2016年5月10日 (火)

細胞をドーナツ型に変形させる力の源-上皮細胞のトポロジーを変換するメカニズムを解明-

2016年4月21日
理化学研究所
 
詳細は、リンクを参照して下さい。
 
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要旨
 
 理化学研究所(理研)多細胞システム
形成研究センター形態形成シグナル
研究チームの加藤輝客員研究員、
董波(ボ・ドン)元研究員、
林茂生チームリーダーらの研究チームは、
ショウジョウバエ胚における気管形成過程
をライブセルイメージング[1]で
詳しく観察し、気管の枝
(気管のもとになる上皮細胞[2]の管)が
連結する際に起きる“球体からトーラス
(ドーナツ)型へ”の細胞の形態変換に、
細胞骨格に関わるアクトミオシン[3]と
微小管[4]が担う役割を明らかにしました。
 
 生物の体内では、血管、呼吸管など
管状組織のネットワークが縦横に
張り巡らされ、体の隅々まで血液や酸素を
行き渡らせる物質循環が行われています。
 
 ショウジョウバエの胚発生では、
各体節の気管原基(気管のもとになる組織)
に由来する気管の枝が移動し、
特定の位置で連結(融合)して
ネットワークを形成します。
 
 先端細胞(気管の枝の先端部に位置する
細胞)は枝の移動を先導し、
枝の融合に際して球体からトーラス型に
形態変換することが知られていました。
 
 トポロジー(位相幾何学)[5]の
観点では、球体とトーラス型は相互に
変換不可能な形状として分類されます。
 
 研究チームは、ライブイメージングを
利用して、先端細胞の形態変化の過程を
詳しく調べました。
 
 対になった先端細胞は、同調しながら
アクトミオシンの作用で
コンパクトに収縮し、その状態から
同時に球体からトーラス型へ形態変換し、
管腔(かんくう)を貫通させる様子が
観察されました。
 
 また、微小管の働きを阻害すると
先端細胞の同調的な収縮が乱れ、
融合が遅れたり停止したりしました。
 
 さらに、微小管が気管の管腔形成に
重要な分子の輸送や分泌を助けることで、
接着した先端細胞のすき間に
新たな管腔の形成が促進されることが
分かりました。
 
 すなわち、微小管は同調的な細胞収縮と
管腔の成長をつかさどることで、
1対の球形細胞を同時にトーラス型細胞へ
形態変換させる役割を担うことが
明らかになりました。
 
 今後、今回のような例をモデルに
研究を進めることで、細胞の形態変換に
共通する普遍的な原理を明らかにする
可能性があります。
 
 成果は、英国のオンライン科学雑誌
『Nature Communications』
(4月12日付け:日本時間4月12日)に
掲載されました。
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>“穴”を持つトーラス(ドーナツ)型の
>細胞は球体からの連続的な変形が
>不可能であり、“トポロジーが異なる”
>とみなされます。
 
 球体は、球体から連続的な変形で、
ドーナツ型には変化しません。
 
 細胞は不思議な変形をするんですね。
 
>今後は、トーラス型への変換を
>実現させる細胞質側での
>細胞膜ダイナミクスと
>細胞外部の管腔側からの作用の
>両面の詳細を明らかにすることで、
>このような細胞構造変化を
>実現する仕組みをより明らかにしたい
>と考えています。
 
>今回のような例をモデルに
>研究を進めることで、
>細胞の形態変化に共通する
>普遍的な原理が明らかになると
>期待できます。
 
 期待しましょう。

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