器官形成過程における空間パターニングのプロポーション制御メカニズム

今年度は決定成長のモデル生物である完全変態昆虫に焦点を当て、その生活史モデルの解析を行った。完全変態昆虫の幼虫はCritical weight(CW)に達したとき変態への確約がなされる。成虫原基はCW到達後から急速に成長し始め、蛹のときに成虫器官を作る。先行研究において、CWを陽に与えた二相成長のモデルは、身体と器官のプロポーションの個体差を説明できると報告された。こうした成長制御におけるCWの重要性にもかかわらず、その適応的意義は不明瞭であった。我々は完全変態昆虫の生活史モデルを解析することによって、CWを陽に仮定しなくとも、最適成長スケジュールが二相的であるという要請から「成虫原基の成長を開始するスイッチ」としてCWが自然と現れることを明らかにした。我々のモデルは幼虫発生期間に対するCW到達の相対タイミングが二つの生理学的パラメータから決まると予測する。この予測値はキイロショウジョウバエおよびタバコスズメガにおいて観測値と一致した。さらに我々は、環境変動に対し、CW到達タイミングが成長停止タイミングと同方向に動く「時間スケーリング則」の存在を予想する。実際、ショウジョウバエとタバコスズメガで観察される栄養・温度変動に対する発生の可塑性は、どれも時間スケーリング則によって説明可能なものであった。これらの結果は、各階層で見られるスケーリング間の深いつながりを示唆している。つまり、代謝スケーリング則が時間スケーリング則を生み、さらに時間スケーリング則の結果として身体のプロポーションに見られるスケーリング則が現れる。本研究の成果は日本生物物理学会、日本発生生物学会、日本数理生物学会、FEBS-EMBO Conferenceにおいて発表された。論文は現在投稿中である。

今年度は決定成長のモデル生物である完全変態昆虫に焦点を当て、その生活史モデルの解析を行った。完全変態昆虫の幼虫はCritical weight(CW)に達したとき変態への確約がなされる。成虫原基はCW到達後から急速に成長し始め、蛹のときに成虫器官を作る。先行研究において、CWを陽に与えた二相成長のモデルは、身体と器官のプロポーションの個体差を説明できると報告された。こうした成長制御におけるCWの重要性にもかかわらず、その適応的意義は不明瞭であった。我々は完全変態昆虫の生活史モデルを解析することによって、CWを陽に仮定しなくとも、最適成長スケジュールが二相的であるという要請から「成虫原基の成長を開始するスイッチ」としてCWが自然と現れることを明らかにした。我々のモデルは幼虫発生期間に対するCW到達の相対タイミングが二つの生理学的パラメータから決まると予測する。この予測値はキイロショウジョウバエおよびタバコスズメガにおいて観測値と一致した。さらに我々は、環境変動に対し、CW到達タイミングが成長停止タイミングと同方向に動く「時間スケーリング則」の存在を予想する。実際、ショウジョウバエとタバコスズメガで観察される栄養・温度変動に対する発生の可塑性は、どれも時間スケーリング則によって説明可能なものであった。これらの結果は、各階層で見られるスケーリング間の深いつながりを示唆している。つまり、代謝スケーリング則が時間スケーリング則を生み、さらに時間スケーリング則の結果として身体のプロポーションに見られるスケーリング則が現れる。本研究の成果は日本生物物理学会、日本発生生物学会、日本数理生物学会、FEBS-EMBO Conferenceにおいて発表された。論文は現在投稿中である。