胚細胞の集団運動のメカニズムを解明(Understanding the Mechanisms of Embryonic Cell Behavior)

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2025-06-09 カリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)

胚細胞の集団運動のメカニズムを解明(Understanding the Mechanisms of Embryonic Cell Behavior)The experimental image shows two proteins — myosin (cyan) and actin (red) — in a chick embryo during gastrulation, highlighting the main body axes and the dominant force-generating regions (cyan). (cr: Guillermo Serrano Najera)

胚発生の過程では、多数の細胞が分裂・集合的に移動することで、左右・上下・前後の体軸が形成されます。この集合的な細胞運動と行動を調整するメカニズムは、生物学および生命システムの物理学において長年の謎でしたが、その理解は、再生医療や生体材料の設計などの応用において極めて重要です。UCサンディエゴの研究者たちは、鳥類の胚を用いて、胚細胞がどのように協調して体軸を構築するのかを明らかにしました。具体的には、胚細胞が位置情報と力学的相互作用をもとに自己組織化する様子を再現し、それによって体の基礎構造が形づくられる過程を解明しました。今回の発見は、発生生物学の根幹に迫るものであり、細胞集合行動のメカニズム解明を通じて、将来的に疾患モデルの解析や合成生物構造の開発に応用される可能性があります。

<関連情報>

鳥類の胃形成における組織フローと胚形状の制御 Control of tissue flows and embryo geometry in avian gastrulation

Guillermo Serrano Nájera,Alex M. Plum,Ben Steventon,Cornelis J. Weijer & Mattia Serra
Nature Communications  Published:04 June 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-60249-8

Abstract

Embryonic tissues undergo coordinated flows during avian gastrulation to establish the body plan. Here, we elucidate how the interplay between embryonic and extraembryonic tissues affects the chick embryo’s size and shape. These two distinct geometric changes are each associated with dynamic curves across which trajectories separate (kinematic repellers). Through physical modeling and experimental manipulations of both embryonic and extraembryonic tissues, we selectively eliminate either or both repellers in model and experiments, revealing their mechanistic origins. We find that embryo size is affected by the competition between extraembryonic epiboly and embryonic myosin-driven contraction—which persists when mesoderm induction is blocked. Instead, the characteristic shape change from circular to pear-shaped arises from myosin-driven cell intercalations in the mesendoderm, irrespective of epiboly. These findings elucidate modular mechanisms controlling avian gastrulation flows and provide a mechanistic basis for the independent control of embryo size and shape during development.

細胞遺伝子工学
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