マクロスケールのパターンを生み出す局所的な膜電位変化とその伝播

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前年度までに、色素細胞にチャネルロドプシンを強制発現させて光刺激を与えると色素分化がスイッチし、縞パターンが乱れることをin vivoで見出した。分化スイッチは直接刺激を与えていない色素細胞にも長距離に渡って波及しており、色素細胞集団をつなぐ長距離シグナルの存在が示唆された。そこで、今回、そのシグナルの性質を理解するために、膜電位およびカルシウムシグナルのイメージングとその解析を行った。チャネルロドプシンを使ったこれまでの研究により、縞パターン形成は色素合成より前に開始することが推定されていたので、この時期におけるウズラ皮膚を器官培養しイメージングを行った。膜電位感受性蛍光タンパクArclightとMarinaを色素細胞特異的に発現させることに成功したが、現有の顕微鏡システムでは蛍光の変化を検出することはできなかった。そこで、カルシウムセンサーGCaMP6sを使ってカルシウム変化の可視化を行ったところ、色素細胞においてカルシウムシグナルが振動することを見出した。さらに、カルシウム振動の同期パターンから細胞間ネットワークの推定を行い、距離の近い細胞ほど同期の結合強度が高い傾向にあることが分かった。また、近距離で起こる相互作用を細胞レベルで調べるために、縞の境界を高倍率で長期間動画撮影した。境界では最初、黒と黄色の細胞が入り組んで存在しているが、細胞移動によってそれぞれの細胞が同じ色の領域に取り込まれ、明瞭な境界を形成することが分かった。