シグナルと力のゆらぎが上皮組織の可塑性を支配するしくみ

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発生中の上皮組織は細胞の形態、収縮、運動の状態が細胞自律的な要因でばらつくゆらぎ(ノイズ)の高い状態にある。形態形成が進行するためには細胞のゆらぎ 状態が組織中で統御され、一貫した運動に収束させる必要がある。本研究ではショウジョウバエ胚上皮においてゆらぎを統御する二つのしくみ、分子シグナル と 力学シグナル、について検討する。2022年度は管状上皮の気管におけるアクチンの小集合体(アクチンナノクラスター)が周長方向に等間隔に整列したケーブルに配列する仕組みをの分子機構を追求した。アクチ ンナノクラスターは100nm程度の楕円形の形状で管腔面に接するアピカル細胞膜上で高度に揺らいだ分布を示し、高速で集合離散していた。定量解析の結果、アクチンナノクラスターの極性は管組織の極性化状態を検知して異方的に配向すること、そしてその極性を決める分子（アクチン重合因子、クロスリンカー）を同定した。さらにアクチンナノクラスター同士の融合と安定性にも異方性が検出された。これらの結果はアクチンナノクラスターを最小単位とするアクチンケーブルの編成機構が、高次のアクチンネットワーク形成がボトムアップ的な、創発的な機構で構築されることを示している。これらの知見をもとにしてアクチン分子の動態を再現する分子ダイナミクスシミュレーションを構築した。パラメーターの検討を重ねて現実的なアクチン動態を再現するモデルの構築に成功した。このモデルを利用してアクチン重合因子、クロスリンカーなどの貢献を検討することで各分子の物理的な貢献をあきらかにすることができた。