2Dパターン形成と3D形態形成をつなぐ「接着と引っ張り」による形態形成

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甲虫において、蛹の角から成虫の角へと変形する過程はremodelingと呼ばれているが、この過程はあまり研究されておらず、特に上皮細胞シートが変形する力学メカニズムは、ほぼ分かっていなかった。そこで本研究課題では、そのメカニズムを明らかにするため、まず成虫角の形成過程を凍結切片とmicroCTで観察した。その結果、蛹から成虫の角へと変形する際に、上皮細胞シートの表面積と内腔体積が減少していることが分かった。また、上皮細胞シートの腹側が蛹のクチクラと接着していることが示唆された。そこでさらに、ショウジョウバエにおいて上皮とクチクラの接着に関与しているdumpyを、蛹に対してRNAiを行うことで、ノックダウンする実験を行った。その結果、角の先端部分について、dumpyが接着に関与していることが明らかになった。そこで、これらの要素を考慮した上で、さらに上皮細胞シートが滑らかになる「平滑化」を入れ込んだ力学シミュレーションを作成し、蛹の角の形状を入力とした際の変形をコンピュータ上で計算した。その結果、このシミュレーションにより蛹の角の丸みを帯びた形が成虫の角と似た多面体状の形へと変形することが分かった。さらに、計算の妥当性を確認するため、オオクワガタの大顎の形状を3Dスキャナーで取得し、同じシミュレータでどのように変形するか確認したところ、成虫の大顎と似た形になることが分かった。これらの結果はプレプリントとして既に投稿済みであり、投稿した論文は現在査読中である。