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A01-3

ECMと分泌性シグナルの動的カップリング機構
Dynamic Coupling of ECM and Secreted Signaling Proteins

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研究代表者 Research Leader 

三井 優輔 (​京都大学 医生物学研究所, 助教)

Yusuke Mii (Assistant Professor, Institute for Life and Medical Sciences, Kyoto University)

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研究分担者 Research Member 

高田 慎治 (自然科学研究機構・生命創成探究センター, 教授) 

Shinji Takada (Professor, Exploratory Research Center on Life and Living Systems)

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細胞外マトリックス (ECM) は分泌性シグナル蛋白質と相互作用し,その動態を制御すると考えられているが,これまで「静的かつ均一な足場」に過ぎないと見られてきた.我々は,糖鎖性ECMのヘパラン硫酸プロテオグリカン (HSPG) が細胞表面でクラスター状に集合すること,さらに代表的な分泌性シグナル蛋白質であるWntがこのクラスターに集積されること (Mii et al., Nat. Commun. 2017) を発見した.更にHSPGとWntが互いの局在性や動態を制御し合いながら細胞間隙で動くことを見いだし,このような両者の「動的カップリング」が,多細胞レベルでの形態形成の分子的基盤になる可能性が見え始めた.そこで本研究では,ツメガエル胚での平面細胞極性の確立過程をモデルに,HSPGとWntのカップリングにより両者の空間分布がダイナミックに変化する分子機構を,新たに開発中のHSPGのプローブ等を用いたライブイメージングや定量的測定法 (Mii et al., eLife 2021) を用いて解析する.併せてin vitro実験によりHSPGのクラスター構造・集積化の生物学的意義に迫ると共に,生理的条件下でのWntとHSPGのカップリングについてもゼブラフィッシュを用いて検討する.以上より均一かつ静的な足場,という従来のHSPG・ECMの概念の変革を目指す.

Some of extracellular matrices (ECMs), such as heparan sulfate proteoglycans (HSPGs) are involved in extracellular dynamics of morphogens/secreted signaling proteins including Wnt.  However, HSPGs have been considered as static and uniform scaffolds for morphogens, mainly based on Drosophila genetics.  We have revealed that some of HSPGs form clusters that accumulate Wnt ligands (Mii et al., Nat. Commun. 2017).  Recently, we noticed that Wnt and HSPGs dynamically and mutually regulate their localization on cell surface, and this coupling between Wnt and HSPGs could be a molecular basis of morphogenesis of multicellular systems.  In this study, we will focus on molecular mechanisms underlying the dynamic change of localization of HSPGs and Wnt during an establishment process of planar cell polarity (PCP) in the neural plate of Xenopus embryos, through development of live-imaging probes for HSPGs and quantitative imaging.  We will also examine roles of clustering of HSPGs with in vitro experimental system.  Furthermore, coupling of Wnt and HSPGs in a physiological condition will be examined with zebrafish.  Overall, this study aims to revise our view that HSPGs as just a static and uniform scaffold.

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