抄録/ポイント：
抄録/ポイント
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早期肢胚発生において,滑膜関節は関節運動と機能を決定する特異的形状を獲得する。対立する軟骨関節面が,関節形態形成と呼ばれる相互およびインターロッキング形状に成形されるプロセスは,関節形成の最も理解された側面の1つであり,その根底にある細胞レベル動力学はまだ解明されていない。本研究では,ゼブラフィッシュ顎関節の成長および形態形成に関与する重要な細胞動態を定量化し,関節発達の予測計算シミュレーションにおいてそれらを合成した。軟骨マーカーで標識した幼生ゼブラフィッシュ顎関節の細胞を,共焦点イメージングを用いて48時間ウインドウにわたり追跡した。細胞再配列,体積膨張および細胞外マトリックス(ECM)沈着から生じる隣接細胞重心間の距離および角度の変化を測定し,局所組織変形の速度および方向を計算するために使用した。評価した発達期間にわたって顕著な異方性を持つ空間的に不均一な成長パターンを観察した。ゼブラフィッシュ発生時に顕著な形状変化を受けることが知られている特徴であるMeckels軟骨の後方関節突起のレベルにおいて,特に高い成長があった。細胞動力学の解析は,ECM体積増加と細胞インターカレーションからわずかな影響で,成長における細胞体積膨張の支配的役割を示した。関節における細胞増殖は,関心の時間枠で最小であった。動的セルデータを顎関節発達の有限要素モデルに合成することは,正確な形状予測をもたらした。本バイオフィデリック計算シミュレーションは,ゼブラフィッシュ顎関節成長が細胞位置情報に基づいて合理的に近似でき,細胞位置情報が細胞配向と細胞体積膨張から主に誘導されることを示した。シミュレーションの入力パラメータを変更することにより,不均一成長速度と成長方位の相対的寄与を評価できた。不均一成長速度よりむしろ均一の使用は形状予測にわずかに影響したが,等方性成長場は形状予測の変化をもたらした。シミュレーション結果は,成長異方性が関節成長および形態形成に及ぼす支配的影響であることを示唆する。本研究は関節形態形成の根底にある細胞過程のギャップに対処し,股関節と関節の発育不全のような発生関節障害の病因を理解する意味がある。【JST・京大機械翻訳】
