細胞の境界の湾曲構造に隠れた原理を発見

• 典型的な上⽪細胞であるMDCK 細胞の境界の湾曲構造のパワースペクトルを両対数プロットすると直線状になる、スケーリングと呼ばれる性質があることを⾒出した。
• 本研究の発展により、⽣物学と物理学、応⽤数学の境界領域の研究進展が期待される。

　上⽪細胞は隣り合う細胞同⼠と強固に接着してシート構造を作ります。上⽪細胞同⼠の境界線は常に直線なわけではなく、湾曲して美しいジグソーパズル状の構造を形作ることがあります（図１A、マゼンタ）。本研究では、九州⼤学の宮崎真太朗医学部六年⽣(当時)、同⼤⼤学院医学研究院の杉原圭助教、三浦岳教授らが、⾃然科学研究機構 基礎⽣物学研究所の藤森俊彦教授、⽣理学研究所の⼤⾕哲久助教、古瀬幹夫教授らと共同で、典型的な上⽪細胞であるMDCK 細胞(※1)の境界の湾曲構造のパワースペクトルを両対数プロットすると直線状になる、スケーリングと呼ばれる性質があることを⾒出しました（図１B）。さらに、この構造の形成原理を探るべく、複数のパターン形成の数理モデルを⽐較した結果、境界構造をランダムに揺らす働きと、境界の⻑さを最⼩化しようとする働きを持ったEdwards-Wilkinson モデルでこのスケーリングを再現できることを⾒出しました（図１C）。さらに、境界構造をランダムに揺らすメカニズムとしてリン酸化ミオシンの点状集積構造（puncta）がダイナミックに境界を変形させていることがわかりました（図１A、緑）。
　この細胞境界では物質の輸送が⾏われるため、湾曲構造の存在は輸送機能を促進することとなり機能的に重要です。また、この湾曲構造は、細胞⽣物学的に興味深い構造であることに加え、物理の世界で⽤いられてきたモデルの⼀⾵変わった実世界での例ともなっています。この研究の発展によって、⽣物学と物理学、応⽤数学の境界領域の研究が⼀層進展することが期待されます。
　本研究成果は2023年4⽉22⽇(⼟)1時(⽇本時間)にiScience誌に掲載されました。

　この現象は、医学部の学生だった宮崎さん（筆頭著者）が手でトレースした境界形状のパワースペクトルをとって発見したことから始まって、数理生物学者、細胞生物学者、発生生物学者が協力して現象の解明に辿り着きました。ライフサイエンスは飽和気味に見えますが、融合領域ではまだまだ若い人が新規参入して戦える分野が拓けています。

(※1) MDCK 細胞…イヌの腎臓尿細管由来の上⽪細胞株。上⽪の物質輸送やパターン形成の研究によく⽤いられる。

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掲載誌：iScience
タイトル：Mechanism of interdigitation formation at apical boundary of MDCK cell.
著者名：Shintaro Miyazaki, Tetsuhisa Otani, Kei Sugihara, Toshihiko Fujimori, Mikio Furuse,Takashi Miura
DOI：10.1016/j.isci.2023.106594

医学研究院　三浦 岳　教授