昆虫の肢をモデルに生物の最終的な形を作る細胞動態をライブイメージングで解明する

本研究は、ショウジョウバエ付節形成過程において、蛹期に見られる「パルテノン神殿」様構造の形成や「中ぐり加工」による上皮細胞層の薄層化、マクロファージ様細胞による上皮細胞のトリミングなどのダイナミックな細胞の挙動をライブ・イメージングを駆使して解析することで、生物が最終的な「形」をつくるメカニズムに迫ることを目的としている。本年度は、特に「パルテノン神殿」様構造について、その構造の詳細や形成メカニズム、役割を重点的に解析し、以下の結果を得た。まず、ランダムに細胞を標識できる系統により個々の細胞の形態を解析すると、個々の細胞は１本または2本の細長い構造を伸ばしており、隣接する細胞の細長い構造が束なって「パルテノン神殿」様構造の一つの“柱”を形成していた。この時、“柱”は、「パルテノン神殿」様構造の形成初期には斜め遠位側を向いているが、解消する時期になると近位側に向きが変わった。細胞周期についての解析では、これまではこの時期には細胞分裂頻度は非常に低いとされていたが、実際には、主に将来の関節の遠位側である各分節の近位部で細胞分裂頻度が比較的高かった。細胞増殖を制御するYkiの活性を変化させて付節全体で細胞数を強制的に増やすと、「パルテノン神殿」様構造の解消過程が遅くなり、最終的な分節の太さが野生型よりも著しく太くなった。また、基底膜構成タンパク質を標識できる系統を用いた解析では、「パルテノン神殿」様構造の形成に伴い基底膜構造が顕著に観察できるようになるが、その際、基底膜構成タンパク質は均一な膜状ではなく遠近軸に沿った線上の束となって局在していた。これらのことから、個々の細胞が協調的に「パルテノン神殿」様構造を形成すること、その形成には基底膜が制御するテンションと密接な関係があること、さらに「パルテノン神殿」様構造は最終的な「形」とも密接に関係していることが想定された。

本研究は、ショウジョウバエ付節形成過程において、蛹期に見られる「パルテノン神殿」様構造の形成や「中ぐり加工」による上皮細胞層の薄層化、マクロファージ様細胞による上皮細胞のトリミングなどのダイナミックな細胞の挙動をライブ・イメージングを駆使して解析することで、生物が最終的な「形」をつくるメカニズムに迫ることを目的としている。本年度は、特に「パルテノン神殿」様構造について、その構造の詳細や形成メカニズム、役割を重点的に解析し、以下の結果を得た。まず、ランダムに細胞を標識できる系統により個々の細胞の形態を解析すると、個々の細胞は１本または2本の細長い構造を伸ばしており、隣接する細胞の細長い構造が束なって「パルテノン神殿」様構造の一つの“柱”を形成していた。この時、“柱”は、「パルテノン神殿」様構造の形成初期には斜め遠位側を向いているが、解消する時期になると近位側に向きが変わった。細胞周期についての解析では、これまではこの時期には細胞分裂頻度は非常に低いとされていたが、実際には、主に将来の関節の遠位側である各分節の近位部で細胞分裂頻度が比較的高かった。細胞増殖を制御するYkiの活性を変化させて付節全体で細胞数を強制的に増やすと、「パルテノン神殿」様構造の解消過程が遅くなり、最終的な分節の太さが野生型よりも著しく太くなった。また、基底膜構成タンパク質を標識できる系統を用いた解析では、「パルテノン神殿」様構造の形成に伴い基底膜構造が顕著に観察できるようになるが、その際、基底膜構成タンパク質は均一な膜状ではなく遠近軸に沿った線上の束となって局在していた。これらのことから、個々の細胞が協調的に「パルテノン神殿」様構造を形成すること、その形成には基底膜が制御するテンションと密接な関係があること、さらに「パルテノン神殿」様構造は最終的な「形」とも密接に関係していることが想定された。