上皮組織発生の力学制御の解明

杉村 薫 さん

京都大学 高等研究院

研究の背景

 多細胞生物の体は、体の表面を構成する表皮・上皮が伸長や折り曲げを繰り返すことでかたちづくられます。このとき、細胞は力を生成し、力学環境を感知して、動的にかたちや機械物性を変化させています。私たちは、表面の力学という視点から、生き物がかたちづくられる仕組みを理解することに挑戦してきました

研究の成果・ポイント

  • 見えない「力」を見える「かたち」からベイズ推定する手法の開発 力とかたちの逆問題の解をベイズ統計を用いて解くことで、体の表面を形づくる二つの力(細胞接着面の張力と細胞の圧力)を非侵襲的に定量する手法を開発しました。
  • 力が個体発生の方向情報をコードすることを発見 これまでの生物学は、多くの場合、モルフォゲンに代表される化学的情報という視点から個体発生を理解してきました。対して、私たちは、組織の応力場が細胞を特定の方向に並べることで六角格子様パターンを形成するという力学的な情報伝達機構を発見しました。
  • 細胞の力感知・力抵抗の分子メカニズムを解明 組織応力場による細胞六角格子化過程では、アクチン脱重合因子AIP1とcofilinの働きにより、細胞が力を感知し、かつ、組織応力による機械的な負荷に打ち勝って動的に変形することを明らかにしました。

今後の展望

 組織の変形は必ず、細胞の力感知と力抵抗を伴うことから、私たちが明らかにした分子メカニズムは生体表面の形成・恒常性維持の様々な局面で働いている可能性があり、今後の研究の発展が期待されます。