既知の機構では説明できない。後腸上皮の頂端面を二次元モデルで扱ったこれまでの研究では、上皮細胞がこの捻転を誘発する機構は不明であった。この問題を解決するために、三次元(3D)バーテックスモデルを用いた後腸捻転のシミュレーションを構築した。3Dモデル後腸の捻転が、個々の3D細胞の頂端面と基底面の間の「ねじれ」と連動することが計算で示された。現実の胚後腸の上皮細胞でも、細胞の頂端面と基底面の間のねじれを観察することができた。細胞のねじれが形成され、それが後腸の捻転に変換されていく、ねじれによる後腸捻転の大部分の機構は不明である。3Dライブイメージングと3Dシミュレーションを併用することで、後腸の左ネジ捻転を誘発する細胞レベル、分子レベルの機構を理解することを目的とする。この目的を達成するために、平成29年度において次の(1)、(2)の研究を実施し、それぞれで述べた成果を得た。野生型胚の後腸上皮の3Dタイムラプスイメージをもとにして、後腸捻転の過程で起こる後腸上皮細胞のねじれの経時的な定量的データを取得することに成功した。これらのデータをもとに、3Dシミュレーションを構築することが可能となった。vivoにおいて明らかにした細胞のねじれを、3D後腸コンピュータ・モデルに導入した。vivoと同程度に3Dモデル後腸を捻転させることに成功した。planned.Reasonこれまでの研究で、後腸の捻転が誘発される機構を理解するために、3Dモデル後腸で捻転を再現し、それに必要な上皮細胞の挙動の予測を試みた。その結果、後腸の捻転は、円柱上皮細胞のねじれとして検出される細胞キラリティによって起こっている可能性が示唆された。平成29年度の研究では、次の(1)、(2)の研究を実施し、それぞれでほぼ計画どおりの成果が得られた。その判断の根拠を以下に示す。平成28年度の研究で、後腸捻転過程の後腸上皮細胞の形態変化を明瞭に観察できる、3Dタイムラプス映像の取得方法を確立していた。この方法を用いて、多数の3Dタイムラプス映像を取得し、個々の上皮細胞の形態変化を定量的に解析するのに十分なデータソースを得た。共同研究者が、3Dタイムラプス映像のデータから細胞のねじれを算出する方法を改良、確立した。これらの成果によって、後腸捻転過程で起こる後腸のねじれの経時的な変化を定量的に明らかすることができた。この成果は、本プロジェクトの成功の鍵をにぎるものであり、研究計画の最難関を突破できたと言える。個々のモデル上皮細胞のねじれによって3Dモデル後腸の捻転を誘発する3D後腸コンピュータ・モデルにおいて、細胞のねじれによってモデル後腸の捻転を駆動させる条件を検討した。vivoでの細胞のねじれを再現した条件で、3Dモデル後腸の捻転を誘発すことに初めて成功した。この条件をさらに詳細に検討していくことで、本研究の目的を達成できると考えれらる。三次元(3D)ライブイメージングと3Dシミュレーションを用いて解析する。この目的を達成するために、平成30年度に以下の(1)~(3)研究計画を実施する。平成29年度までに実施した3D後腸上皮コンピュータ・モデルを用いた研究から、モデル上皮の管は、個々のモデル円柱上皮細胞のねじれによって捻転させられることが明らかになった。平成30年度では、一部の細胞を左右いずれかにねじることで、モデル上皮の管の左ネジ捻転を誘発できるパラメータを探索する。ねじれの大きさ、向きや、それらを示す細胞の割合などを検討する。vivoでの上皮細胞のねじれの定量的、経時的パターンを定量的にモデルに反映させる。平成30年度には、細胞のねじれの定量的、経時的パターンを統計的に確定できるように解析する。後腸の捻転方向が反転するMyosin31DF突然変異体胚の後腸においても同様の解析を行い、後腸上皮細胞のねじれが野生型の鏡像になっているかを検討する。ねじれが、細胞の頂底軸を中心とした細胞質の回転によって起こっている可能がある。そこで、合胞体胞胚期の将来後腸を形成する部分に微小な蛍光ビーズを顕微注入することで、後腸円柱上皮に蛍光ビーズを取り込ませ、それらの動きをタイムラプス撮影で解析する。蛍光ビーズの軌跡をコンピュータ解析することで、これらの細胞の細胞質の渦巻き運動の有無、その性質を調べる。