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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

利用光热遗传学分析生物体自主模式形成

基本信息

批准号：
22H02626
负责人：
茂木文夫
金额：
$ 11.56万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

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。

Biological development process, cell aggregation space, organization, organ morphology and function The order of the cell assembly is necessary for the cell to be mechanically stimulated and to be chemically regulated. The mechanical action in the organism is directly visualized, and the molecular mechanism and physiological action are unknown. The new technology is necessary for the measurement, evaluation and operation of the force in the organism. This study aims to develop a technique for elucidating the physiological mechanisms of stress in multicellular organisms, and to develop a "temperature genetics method" for utilizing intracellular temperature changes caused by fluid and light irradiation to prevent early damage to the functions of target factors involved in stress development. The temperature changes of the intracellular organs, the high temperature sensitivity gene changes, the induction of the cellular bone factor, the change of the organ of force generation, and the transformation of the organ of force generation. C. Elegans are used in animals, intracellular microtubules, and bone cells. The function and structure of the microtubules are about 10-30 seconds. The resistance to high temperature sensitivity is about 10-30 seconds. The temperature of the microtubules is about 10-30 seconds. The microtubules are about 10 - 30 seconds. This technique is applied to understand the effects of asymmetric division on embryo development and oocyte morphogenesis in the multicellular embryo stage and in the uterus, as well as on the origin and spatial organization of the microtubule and the skeletal framework.