魚類ヒレの形態形成において膜電位はモルフォゲンとして機能しうるか？

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以前の研究で、ゼブラフィッシュでは表皮細胞の膜電位がヒレの形態に影響することが示されたが、そのメカニズムはほとんどわかっていない。本研究では、この機構の解明を目指し、膜電位の機能をより直接的に解析するための手法の確立に取り組んでいる。現在、神経科学分野で広く利用されている光応答性の陽イオンチャネル、チャネルロドプシンを用いて表皮細胞の膜電位を人為的に操作することを試みている。表皮細胞にチャネルロドプシンを発現するトランスジェニックフィッシュを作成し、光照射下で飼育した。この操作により表皮細胞の膜電位は上昇していると推測されるが、その結果、ヒレの短縮が起こった。逆に、表皮細胞にカリウムチャネルを発現させて膜電位を人為的に低下させる操作を行ったところ、ヒレは長く伸長した。さらにこの２つを組み合わせることで、光条件を変えることによりヒレの伸長を任意に制御することにも成功した。今後はこの実験系を用いて、膜電位がヒレの形態を制御する分子メカニズムの詳細を明らかにしていきたい。表皮細胞にも神経細胞のように動的な電気的活動があるのだろうか？これを確かめるため、本研究では表皮細胞における膜電位動態を検出する観察系の確立にも取り組んでいる。まずは検出感度を最優先に考え、神経活動の検出によく使われる細胞内カルシウムレポーターGCaMPを用いて間接的な検出を試みた。表皮細胞にGCaMP6sを発現するレポーターフィッシュにおいて、表皮細胞内のカルシウム濃度が短時間に激しく変動していることが観察された。今後は、膜電位動態をより直接的に検出するために、各種膜電位レポータータンパク質を用いて観測に取り組む予定である。