アレン研究所の研究者らが、初めての3Dモデルで細胞分裂の仕組みを解明
ジェームズ・ソーン著
最も基本的な生物学ドラマの 1 つが、インタラクティブ 3D で利用できるようになりました。
アレン細胞科学研究所の研究者たちは本日、細胞分裂の過程をほぼ完全に観察できるプロジェクトを発表しました。この3D体験は、インタラクティブなウェブサイトでオンラインで公開されており、細胞分裂のプロセスを体験したり、細胞を直接操作したりすることができます。
このプロジェクトは、細胞分裂のプロセスである有糸分裂に関する私たちの理解における明白なギャップに着想を得たものです。「細胞が行う最も基本的なことの一つは分裂です」と、アレン研究所のアッセイ開発ディレクターであるスザンヌ・ラフェルスキ氏は述べています。研究者たちは、「1つの細胞がどのように2つになるのか」を徹底的に理解することを目指しました。
典型的な研究では、科学者は一度に生物学のごく一部に焦点を当てます。しかし、アレン研究所のチームは、この基本的なプロセスにおいて、システムがどのように連携して機能するかを解明しようとしました。
「正常で、幸せで、健康な細胞がどのように存在するのか、基本的な理解を確立したいのです」と、アレン研究所の活性化細胞チームのディレクター、グラハム・ジョンソン氏は述べた。チームは、幹細胞が最終的には他のあらゆる細胞に分化できるという理由から、幹細胞を研究することにした。
このモデルを作成するために、研究チームは細胞内の15種類の異なる構造に蛍光タンパク質を標識し、それらの構造がどのように挙動するかを観察しました。その後、顕微鏡画像を撮影し、それらの細胞スナップショットを組み合わせることで、経時的な変化を追跡しました。
研究者たちはアルゴリズムを用いて15個の構造すべてを統合し、細胞分裂中に細胞の様々な構成要素がどのように相互作用するかを初めて観察することができました。この包括的な視点により、研究者たちは分裂過程を通して構造がどのように、いつ変化するか、あるいは変化しないかについて、幅広い観察を行うことができました。
彼らの発見の1つは、分裂中に複数の構造が同時に大きな変化を経験した「トリガーポイント」の瞬間でした。
「統合型有糸分裂幹細胞」と名付けられたこの巧妙な視覚化は、アレン研究所のチームが収集したデータのほんの一部に過ぎません。このツールは、有糸分裂の異なる段階にある75種類の細胞を撮影した4万枚の画像を統合して作成されました。
「さらに深く掘り下げたい人のために、すべてのデータが利用可能です」とラフェルスキ氏は述べた。
そのデータの応用例の一つは、通常の条件下で細胞がどのように分裂するかをモデル化して癌研究に用いることです。
「がん細胞の重要な特徴の一つは、分裂時に正常に機能しないことです」とラフェルスキ氏は述べた。「定義上、他の細胞が分裂できない時でも、がん細胞は分裂できるのです。」
健康な細胞分裂と癌細胞分裂の違いは、何が問題なのかについての手がかりを与えてくれるかもしれない。
「細胞の仕組みを理解するという、長期的で野心的な目標を掲げています」とジョンソン氏は述べた。「これは、3年間のデータ収集を経て、私たちが着手した最初の一歩と言えるでしょう。」
研究の次の段階では、研究者らは心臓細胞を詳しく観察する予定だ。
シアトルに拠点を置くアレン研究所は故ポール・アレン氏によって2014年に設立され、アレン氏が創設し資金提供したシアトルの別の研究グループであるアレン脳科学研究所をモデルにしている。
