ドロソフィラの側方抑制における対称性の破れと運命の分岐

Core Concepts

側方抑制は初期の細胞集団から規則的なパターンを生み出すが、その対称性の破れと運命決定の過程は明らかではなかった。本研究では、生きた個体を用いた定量的な観察により、低レベルのScute発現時に対称性が破れ、細胞間のScute発現の違いが運命決定を促進することを示した。

Abstract

本研究は、ドロソフィラの腹部における感覚器前駆細胞(SOP)の選択過程を、生きた個体を用いた定量的な観察により解明したものである。 まず、腹部の発生過程を観察し、SOPが後方から前方に向けて順次選択されていくことを明らかにした。次に、SOPの運命決定に関わるプロニューラル因子Scuteの動態を追跡したところ、以下の知見が得られた: Scuteの発現は低レベルの段階で対称性が破れ、SOPと非SOP細胞の運命が分岐し始める。この対称性の破れは、Scuteの発現レベルの細胞間変動によって促進される。 SOPの選択は、Scuteの発現が高まる前の早期の段階で起こる。一方、非SOP細胞におけるScuteの発現は選択後も一定の水準を保ち、急激な減少は見られない。 細胞間接触面積の違いは、SOPの選択に影響を与えない。 稀に、隣接するSOP同士が一時的に観察されるが、その後の細胞配置の変化によって修正される。 以上の結果は、側方抑制における細胞運命決定の動態を詳細に明らかにしたものである。特に、Scuteの発現レベルの細胞間変動が運命決定を促進するという知見は、側方抑制のメカニズムを支持するものである。

Stats

SOPの選択は、Scuteの発現レベルが低い段階で起こる。 SOPの選択から分裂までの時間は約4.5時間である。 隣接するSOP同士が一時的に観察される頻度は約10%である。

Quotes

"側方抑制は初期の細胞集団から規則的なパターンを生み出すが、その対称性の破れと運命決定の過程は明らかではなかった。" "本研究では、生きた個体を用いた定量的な観察により、低レベルのScute発現時に対称性が破れ、細胞間のScute発現の違いが運命決定を促進することを示した。" "細胞間接触面積の違いは、SOPの選択に影響を与えない。"

Key Insights Distilled From

Symmetry breaking and fate divergence during lateral inhibition in Drosophila

by phan,m.-s., ... at www.biorxiv.org 03-13-2024

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.03.11.583933v1

Deeper Inquiries

側方抑制以外の細胞間相互作用メカニズムが、細胞運命決定にどのような役割を果たしているか。

側方抑制以外の細胞間相互作用メカニズムは、細胞運命決定に重要な役割を果たしています。例えば、本研究では、Scuteの発現レベルの細胞間変動が運命決定に影響を与えることが示されています。細胞間のScuteレベルの異なりが、運命の決定を促進し、細胞間の運命の多様性を生み出すことが観察されました。このような細胞間の変動は、運命の決定を加速させるフィードバックループモデルを実験的に支持する結果となっています。したがって、側方抑制以外の細胞間相互作用メカニズムは、細胞運命の決定において重要な要素として機能しています。

Scuteの発現レベルの細胞間変動を生み出す要因は何か。

Scuteの発現レベルの細胞間変動は、初期のScute発現の異なりに起因している可能性があります。研究では、Scuteの発現レベルがSB（Symmetry Breaking）時に低いレベルであることが示されています。また、SB前に細胞間のScuteレベルの異なりが増加し、運命の多様性を促進することが観察されました。このような初期のScute発現の異なりは、細胞間のフィードバックループによって増幅され、安定した細胞運命を生み出す一因となっています。

側方抑制の破綻が生じる生物学的意義は何か。

側方抑制の破綻が生じる場合、細胞運命の決定においてパターンの精度が低下する可能性があります。本研究では、側方抑制の破綻により、SOPの双子が生じることが観察されました。このような破綻が生じると、適切な細胞運命の決定が妨げられる可能性がありますが、その後の細胞間の再配置によってパターンの精度が改善されることが示唆されています。したがって、側方抑制の破綻は、パターン形成の過程において重要な修正メカニズムとして機能し、適切な細胞運命の確立に寄与する可能性があります。