圧縮的な細胞環境をつくる細胞外基質の新機能~ZPDタンパク質の「雲」によるナノ加工~

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2026-01-05 理化学研究所,科学技術振興機構

理化学研究所とJSTの研究チームは、昆虫の細胞外基質が細胞に圧縮力を与える「圧縮的な細胞環境」を作り出し、その力学作用によってクチクラ表面のナノ構造(嗅覚毛のナノポア)が加工されることを発見した。ショウジョウバエ嗅覚器官では、ZPDタンパク質Trynity(Tyn)などが細胞を覆う雲状の細胞外基質「クラウドECM」を形成し、これが細胞を外側から押さえ込んでエンベロープ層を細胞膜近傍に密着させ、膜の湾曲パターンに沿ってナノポアの位置・形状を決める。クラウドECM形成を阻害するとナノポアの数減少やサイズ異常が生じた。細胞外基質の新しい機械的機能を示し、生体材料の“生物学的ナノ加工”技術基盤への応用が期待される。

圧縮的な細胞環境をつくる細胞外基質の新機能~ZPDタンパク質の「雲」によるナノ加工~
蛹(さなぎ)の嗅覚毛細胞を覆う雲状の細胞外基質(クラウドECM、黄色矢じり)

<関連情報>

昆虫細胞外マトリックスナノ構造の機械的制御 Mechanical control of the insect extracellular matrix nanostructure

Yuki Itakura, Housei Wada, Sachi Inagaki, and Shigeo Hayashi
Science Advances  Published:2 Jan 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.adw5022

Abstract

Nanoscale modifications of apical extracellular matrix (ECM) have created various functional surfaces with distinct physical properties, exemplified by structural coloration and superhydrophobicity in animals and plants. To reveal the mechanisms, we investigated cuticle morphogenesis in Drosophila olfactory organs, where hundreds of ~50-nanometer nanopores in the cuticle covering the olfactory neurons permit selective odorant entry. We showed that zona pellucida domain (ZPD) proteins form the cell type–specific ECM compartments before cuticle secretion, and its disruption leads to less and irregularly sized nanopores. The ZPD protein Dusky-like controls the formation of the outermost layer of the cuticle, the envelope. Trynity, Nyobe, Neo, and Morpheyus form matrices with specific mixing and sorting properties, termed “cloud ECM,” which restrict cell growth and movement. This work identifies a previously unidentified role for ZPD proteins as modular units that establish the mechanical environment essential for nanoscale ECM morphogenesis, opening a previously unexplored context for these biomimetically important structures.

生物化学工学
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