心臓管回転を駆動する左右非対称な細胞挙動の制御機構

心臓管形成過程の高解像度イメージングを実施し、4D画像データから1細胞スケールの変化と組織スケールの変形を抽出して定量する方法を確立した。これによって分子、細胞、組織の各階層における変化の相関を解析することが可能となった。この方法を用いて心臓管形成を解析すると、本過程において細胞増殖や細胞死はほとんど起こっていないこと、心臓原基の形態変化のほとんど全てが細胞配置換えと細胞変形によって引き起こされていることがわかった。興味深いことに、Nodalを発現する細胞集団ではこれらの細胞挙動がいずれも亢進しており、これによって左側原基の変形量が増大することを見出した。しかし、この細胞と組織の左右差が、管の回転によって左右原基が非対称に歪んだ結果、2次的に生じた可能性も考えられたため、左右原基の融合を阻害して、両者を等しい条件下で比較することでこれを検証した。その結果、融合阻害心臓においても同様の左右差が観察され、これらが内在的な左右性であることを確認できた。さらにNodalシグナルを阻害するとこれらの左右差は消失し、心臓管回転も起こらなくなった。これらの結果は、Nodalが細胞配置換えや細胞変形を促進し、上皮シートである心臓原基の変形量に左右差をつくりだすことによって心臓管を回転させることを示唆している。これまでNodalは左側細胞の細胞移動を促進することで管を回転させるとされていたが、本研究の結果は、Nodalが上皮形態形成に作用して管の回転運動を引き起こすという、全く新しいメカニズムを提唱している。そこで次にNodalシグナルの下流メカニズムを調べる目的で、配置換えや細胞変形の制御に重要な役割を果たすカドヘリンとミオシンの可視化を試みた。DNA注入によって蛍光標識したこれらのタンパク質を心臓原基特異的に発現させたが、導入される細胞数が少なく有意義な結果を得るに至らなかった。

心臓管形成過程の高解像度イメージングを実施し、4D画像データから1細胞スケールの変化と組織スケールの変形を抽出して定量する方法を確立した。これによって分子、細胞、組織の各階層における変化の相関を解析することが可能となった。この方法を用いて心臓管形成を解析すると、本過程において細胞増殖や細胞死はほとんど起こっていないこと、心臓原基の形態変化のほとんど全てが細胞配置換えと細胞変形によって引き起こされていることがわかった。興味深いことに、Nodalを発現する細胞集団ではこれらの細胞挙動がいずれも亢進しており、これによって左側原基の変形量が増大することを見出した。しかし、この細胞と組織の左右差が、管の回転によって左右原基が非対称に歪んだ結果、2次的に生じた可能性も考えられたため、左右原基の融合を阻害して、両者を等しい条件下で比較することでこれを検証した。その結果、融合阻害心臓においても同様の左右差が観察され、これらが内在的な左右性であることを確認できた。さらにNodalシグナルを阻害するとこれらの左右差は消失し、心臓管回転も起こらなくなった。これらの結果は、Nodalが細胞配置換えや細胞変形を促進し、上皮シートである心臓原基の変形量に左右差をつくりだすことによって心臓管を回転させることを示唆している。これまでNodalは左側細胞の細胞移動を促進することで管を回転させるとされていたが、本研究の結果は、Nodalが上皮形態形成に作用して管の回転運動を引き起こすという、全く新しいメカニズムを提唱している。そこで次にNodalシグナルの下流メカニズムを調べる目的で、配置換えや細胞変形の制御に重要な役割を果たすカドヘリンとミオシンの可視化を試みた。DNA注入によって蛍光標識したこれらのタンパク質を心臓原基特異的に発現させたが、導入される細胞数が少なく有意義な結果を得るに至らなかった。