光温度遺伝学を活用した生体の自律的パターン形成の解析

生物はその発生過程で、細胞集団の空間パターンをマクロスケールで秩序化することで、組織と器官の形態と機能を作り出す。この細胞集団の秩序化では、それぞれの細胞が機械的力刺激を感知・応答することで、細胞内の化学的シグナル伝達を調節する「力学化学カップリング」を必要とすることが示された。しかしながら、生体内の力学作用は直接可視化することができないので、その分子機構や生理的役割には不明な点が多い。そこで生体内の力を計測・評価・人為操作するための新規技術が必要とされる。本研究では、多細胞生物の発生において力作用の生理的役割を解明するための技術開発を目的とし、マイクロ流体デバイスと赤外域光照射による細胞内温度変化を利用して、力発生に関わる標的因子の機能を素早く阻害する「温度遺伝学法」を開発している。この手法では、細胞内局所の温度変化は高速温度感受性の遺伝子変異を導入した細胞骨格因子によって感知され、力発生の局所的変化へと変換される。線虫C. elegansをモデル動物として用い、細胞内微小管およびアクチン骨格の機能と構造を10-30秒程度で阻害できる高速温度感受性遺伝子変異を同定し、生体をライブイメージングしながら温度変化を導入できる顕微鏡システムを構築した。この技術を活用して、胚発生では多細胞期胚における非対称分裂を対象に、線虫成体では子宮内における卵母細胞の形態形成を対象として、微小管およびアクチン骨格に由来した力発生が細胞集団と組織の空間パターン秩序化に及ぼす影響を解明している。

生物はその発生過程で、細胞集団の空間パターンをマクロスケールで秩序化することで、組織と器官の形態と機能を作り出す。この細胞集団の秩序化では、それぞれの細胞が機械的力刺激を感知・応答することで、細胞内の化学的シグナル伝達を調節する「力学化学カップリング」を必要とすることが示された。しかしながら、生体内の力学作用は直接可視化することができないので、その分子機構や生理的役割には不明な点が多い。そこで生体内の力を計測・評価・人為操作するための新規技術が必要とされる。本研究では、多細胞生物の発生において力作用の生理的役割を解明するための技術開発を目的とし、マイクロ流体デバイスと赤外域光照射による細胞内温度変化を利用して、力発生に関わる標的因子の機能を素早く阻害する「温度遺伝学法」を開発している。この手法では、細胞内局所の温度変化は高速温度感受性の遺伝子変異を導入した細胞骨格因子によって感知され、力発生の局所的変化へと変換される。線虫C. elegansをモデル動物として用い、細胞内微小管およびアクチン骨格の機能と構造を10-30秒程度で阻害できる高速温度感受性遺伝子変異を同定し、生体をライブイメージングしながら温度変化を導入できる顕微鏡システムを構築した。この技術を活用して、胚発生では多細胞期胚における非対称分裂を対象に、線虫成体では子宮内における卵母細胞の形態形成を対象として、微小管およびアクチン骨格に由来した力発生が細胞集団と組織の空間パターン秩序化に及ぼす影響を解明している。