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大学共同利用機関法人 自然科学研究機構

基礎生物学研究所

研究部門・施設

初期発生研究部門

研究教育職員

藤森 俊彦
教授
藤森 俊彦
FUJIMORI, Toshihiko
小山 宏史
助教
小山 宏史
KOYAMA, Hiroshi
野々村 恵子
助教
野々村 恵子
NONOMURA, Keiko

研究の概要

細胞の挙動を調べてほ乳類胚を考える

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ほ乳類の受精卵は対称な形をしているが、細胞分裂を繰り返し発生が進むと明確な軸をもった胚の形ができあがり、様々に分化した細胞が秩序だって配置される。ほ乳類の胚発生は卵管・子宮内で進むのが大きな特徴であるが、この胚発生を支える環境としての卵管および子宮と胚との相互作用も重要である。個々の細胞の振る舞いや胚の細胞の中の変化をじっくり観察しながら、組織間、細胞間のコミュニケーションを通して作られる細胞の集団としての胚の形作りを理解したい。マウス初期胚を主な研究対象とし、胚の中における個々の細胞、遺伝子発現、物理的性質、タンパク質の挙動の解析を通して、ほ乳類における胚発生を考察する。軸形成、細胞分化、形態形成の基盤となる機構を明らかにすることを目標に据え、マウスの遺伝子操作、発生工学的技術、分子生物学的手法、顕微鏡技術、更に数理モデリングなどを応用し、発生生物学の基礎的な問題を解決したいと考えている。母親の胎内で発生を進め、ゆるやかに情報の具現化を進めるほ乳類初期胚を考えることで、生き物の持つ高い能力の理解に近づきたい。
 

細胞分化と胚軸形成

受精卵から着床前までの胚の全ての細胞の系譜を胚の連続観察、細胞の追跡によって解析した結果、胚盤胞における胚−非胚軸は細胞系譜に依存せずに決まることが示唆された。分化に重要な遺伝子発現を蛍光タンパク質によって可視化したマウスを作製し、その胚の連続観察を進め個々の細胞での発現の動的挙動を解析すると、着床前においても分化形質や時期によって、細胞の運命の決まり方が異なることが明らかになった。細胞同士がどのようにコミュニケーションを取っているか、相互に分化形質をどのように決めているか、どのようにして胚軸に関する情報が胚の中に形成されるかを明らかにしたい。
 

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図. 栄養外胚葉の形成に必須なCdx2 遺伝子の発現の連続観察
 

卵管の極性形成と、子宮と胚の相互作用

ほ乳類発生は母親の卵管と子宮において進み、それらとの相互作用は発生において必須である。胚を支える環境としての卵管・子宮の形成や機能の解析を進めている。卵管・子宮は一様な管ではなく、それぞれの領域や胚の発生段階に応じてその果たす役割が異なる。卵巣から放出された卵は卵管の中で受精し初期の胚発生が進む。卵管の内腔面の上皮細胞は管の長軸に沿った明確な細胞極性を有しており、卵管の上流部では多繊毛の動きにより子宮側へ胚は輸送される。組織の極性に沿ってそれぞれの卵管上皮細胞がどのように極性を形成・維持するか、多繊毛の極性はどのように組織内で一致するように制御されているかを解明すべく研究を展開中である。更に胚が着床する場所が子宮の中でどのように決まるか、胚との同調はどのように取られていて、子宮との直接の相互作用にどんな分子機構が関与しているかを解析している。母胎との相互作用を介して、胚は胚軸を決定していくか明らかにしたい。
 

形態形成を実現する機械的な力

発生において、胚や各組織は多様な形態を示す。遺伝子産物は細胞の機械的(力学的)な性質を制御することで、胚や組織の形態を作り出していく。胚発生においては細胞の機械的な性質は時空間的に変化していくが、その全容はほとんどわかっていない。胚発生時の細胞や組織の動きの顕微鏡画像を用いた定量的な画像解析、および、それに基づいた統計数理的な力の推定等によって細胞の機械的な性質の変化を明らかにしたいと考えている。また、これらの解析結果や力の工学的な計測結果をもとに数理モデリングを行い、胚や組織の形態が実現される仕組みを研究している。マウスの初期胚や卵管上皮のヒダに着目して研究を進めており、これらの多様な形態を実現する機械的な機構や、その際の遺伝子産物の役割を理解することを目指す。
 

メカノセンサー分子から紐解く組織の形作り

機械的な力と形態形成の関係については、機械的な力の検出のために細胞に備わった装置( メカノセンサータンパク質)の側面からも研究を進めている。胚の中に生じる機械的な力には様々な種類や大きさがあり、細胞はこれらを区別して応答していると考えられるが、メカノセンサー分子の同定を含めて理解はまだ部分的である。ほ乳類の細胞では近年、細胞膜の伸展により開口する機械感受性チャネルPiezo が見つかった。このメカノセンサータンパク質が組織の形態形成、特に脈管系の形作りにどのように関わっているかを、検出される機械刺激の種類や制御される細胞の振る舞いを中心に調べている。これにより細胞が場の機械的な力の情報を、組織の形作りにどのように利用しているのかを明らかにしたい。

共同研究利用の募集

本研究部門では、マウス初期胚の解析を行っています。マウス初期胚に限らず、発生生物学研究一般の共同利用研究を募集しています。基本的な発生学の手法に加え、ライブイメージングや発生工学技術などを利用する共同研究を行うことが可能です。

大学院生の募集

本研究部門では、元気の良い大学院生を歓迎します。マウス初期発生の基本的なメカニズムを研究する方を募集します。体験入学によって研究室の研究内容や、雰囲気などを体験されることを推奨します。

<研究キーワード>発生、ほ乳類、細胞分化、体軸、形態形成、細胞極性、着床、ライブイメージング、画像解析、数理モデル、シミュレーション、ES細胞、発生工学、トランスジェニックマウス

Webサイト

研究室関連資料

参考文献

Nonomura, K., Lukacs, V., Sweet, D.T., Goddard, L.M., Kanie, A., Whitwam, T., Ranade, S.S., Fujimori, T., Kahn, M.L., Patapoutian, A. (2018). Mechanically activated ion channel PIEZO1 is required for lymphatic valve formation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 115, 1281712822.


Abe, T., Kutsuna, N., Kiyonari, H., Furuta, Y., Fujimori, T. (2018). ROSA26 reporter mouse lines and image analyses reveal distinct region-specific cell behaviors in the visceral endoderm. Development 145, dev165852.


Koyama, H., Shi, D., Suzuki, M., Ueno, N., Uemura, T., Fujimori, T. (2016). Mechanical Regulation of Three-Dimensional Epithelial Fold Pattern Formation in the Mouse Oviduct. Biophys. J. 111, 650-665.


Toyooka, Y., Oka, S., and Fujimori, T. (2016). Early preimplantation cells expressing Cdx2 exhibit plasticity of specification to TE and ICM lineages through positional changes. Dev Biol. 411, 50-60.


Shi, D., Komatsu, K., Hirao, M., Toyooka, Y., Koyama, H., Tissir, F., Goffinet, A.M., Uemura, T., and Fujimori, T. (2014). Celsr1 is required for the generation of polarity at multiple levels of the mouse oviduct. Development 141, 4558-4568.


Kurotaki, Y., Hatta, K., Nakao, K., Nabeshima, Y., and Fujimori, T. (2007). Blastocyst axis is specified independently of early cell lineage but aligns with the ZP shape. Science 316, 719-723.

連絡先

藤森 俊彦 教授
E-mail: fujimori@nibb.ac.jp
TEL: 0564-59-5862

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写真

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