力学的要因が胚の自己組織化に不可欠であることを発見(Mechanical forces are key to embryonic self-organization)

ad

2025-11-20 ロックフェラー大学

ロックフェラー大学の研究チームは、胚発生初期に見られる「自己組織化」が、これまで考えられてきた化学シグナルだけでなく、細胞が自ら生み出す機械的な力(mechanical forces)によって大きく制御されていることを明らかにした。研究では、ヒト胚様モデルを用いて細胞同士の張力・押し合い・変形といった物理的相互作用を詳細に可視化し、細胞群が力学的フィードバックを通じて層構造や領域分化を自律的に形成する仕組みを解明。特に、細胞が外側へ押し広がる圧力や、局所的な収縮による形状変化が、胚の位置情報パターン(体軸や細胞運命の決定)を誘導する重要因子であることが示された。さらに、これらの力を阻害すると正常な層構築が失われ、逆に力学刺激を与えると組織形成が誘導されることが確認され、機械的力が胚発生の根幹プロセスであることが判明した。本成果は、初期発生の理解を塗り替えるだけでなく、再生医療や人工組織構築にも新たな設計原理を提供する。

力学的要因が胚の自己組織化に不可欠であることを発見(Mechanical forces are key to embryonic self-organization)
Scientists in the Brivanlou lab used light-inducible gene expression (yellow circle) and embryo models to demonstrate that, at the start of gastrulation, body-axis formation requires an interplay between biochemical signals and mechanical forces. (Credit: Brivanlou lab)

<関連情報>

組織力学とBMP4シグナル伝達のクロストークがヒト胚モデルにおける対称性の破壊を制御する Crosstalk between tissue mechanics and BMP4 signaling regulates symmetry breaking in human gastrula models

Riccardo De Santis ∙ Laurent Jutras-Dubé ∙ Sophia Bourdrel ∙ Eleni Rice ∙ Francesco M. Piccolo ∙ Ali H. Brivanlou
Cell Stem Cell  Published:October 13, 2025
DOI:https://doi.org/10.1016/j.stem.2025.09.006

Highlights

  • Optogenetic induction of BMP4 enables spatiotemporal control of signaling in hESCs
  • BMP4-induced epiblast symmetry breaking depends on mechanical signals via YAP1
  • Mathematical modeling captures the impact of mechanical signals on morphogen dynamics

Summary

The spatiotemporal regulation of morphogenetic signals, along with local tissue mechanics, guides morphogenesis and determines the shape of the embryo. However, how these signals integrate into developmental circuits remains poorly understood. Here, we developed a light-inducible strategy to induce BMP4 signaling with precise spatial coordinates in human pluripotent stem cells. Light-controlled BMP4 induces SMAD1–5 phosphorylation, resulting in amnion differentiation, and relies on a tension-dependent induction of WNT and NODAL for mesoderm differentiation. In response to BMP4 signaling, the mechanosensitive transcription factor YAP1 accumulates in the nucleus, where it represses WNT3 mRNA, regulating the induction of the three germ layers. Based on these findings, we developed a mathematical model that integrates tissue mechanics into morphogen dynamics, quantitatively explaining tissue-scale responses to BMP4 signaling. Thus, light induction of the morphogen BMP4 in human stem cell models elucidated the interplay between tissue mechanics and signaling at the onset of gastrulation.

細胞遺伝子工学
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました