１細胞の生成するトルクから解き明かす形態形成のキラリティ

多くの生物の器官や組織はキラルな形態をもっている。このようなキラルな形態が生物の発生過程でどのようなメカニズムで現れるのかという問題は、 発生学の中心的な課題であるが明快な答えはない。近年、細胞の一方向回転や細胞内の回転流など、細胞骨格分子のキラリティに起因して、1細胞レベルでキラルな細胞動態を示すことがわかってきた。細胞骨格は種によらずキラリティをもつため、キラルな細胞動態は生物に普遍的な現象であると考えられている。しかし、キラルな細胞動態がキラルな形態形成にどのような影響を与えるかは明らかになっていない。本研究では、1細胞レベルのキラルな力学特性である細胞が生成するトルクが、発生過程におけるキラルな形態形成にどのように影響を与えるかを定量的な実験・理論モデルの両面から明らかにする。本年度は、昨年度に考案した「上皮組織の多細胞ダイナミクスを記述する数理モデルである細胞バーテックスモデルに１細胞が生成するトルクを導入したモデル」の振る舞いについての解析結果を取りまとめて、論文投稿を行い、現在査読中である。本モデルでは「１細胞レベルでのキラルな力学特性が、形態形成における左右非対称性を生み出す」という本研究の仮説の理論的検証を行った。具体的には、モデルの数値計算を行うことで１細胞レベルで生成されるトルクにより細胞が集団的に一方向へ移動する条件を明らかにした。また、本モデルは２次元モデルであるが、実際の上皮組織のような３次元構造を考慮した場合にも本モデルが有効モデルとして妥当であることを示した。

多くの生物の器官や組織はキラルな形態をもっている。このようなキラルな形態が生物の発生過程でどのようなメカニズムで現れるのかという問題は、 発生学の中心的な課題であるが明快な答えはない。近年、細胞の一方向回転や細胞内の回転流など、細胞骨格分子のキラリティに起因して、1細胞レベルでキラルな細胞動態を示すことがわかってきた。細胞骨格は種によらずキラリティをもつため、キラルな細胞動態は生物に普遍的な現象であると考えられている。しかし、キラルな細胞動態がキラルな形態形成にどのような影響を与えるかは明らかになっていない。本研究では、1細胞レベルのキラルな力学特性である細胞が生成するトルクが、発生過程におけるキラルな形態形成にどのように影響を与えるかを定量的な実験・理論モデルの両面から明らかにする。本年度は、昨年度に考案した「上皮組織の多細胞ダイナミクスを記述する数理モデルである細胞バーテックスモデルに１細胞が生成するトルクを導入したモデル」の振る舞いについての解析結果を取りまとめて、論文投稿を行い、現在査読中である。本モデルでは「１細胞レベルでのキラルな力学特性が、形態形成における左右非対称性を生み出す」という本研究の仮説の理論的検証を行った。具体的には、モデルの数値計算を行うことで１細胞レベルで生成されるトルクにより細胞が集団的に一方向へ移動する条件を明らかにした。また、本モデルは２次元モデルであるが、実際の上皮組織のような３次元構造を考慮した場合にも本モデルが有効モデルとして妥当であることを示した。