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ますが、これまでは「静的かつ均一な足場」に過ぎないと見做されてきたところがあります。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）を発見しました。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ています。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）を用いて解析します。これにより、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します。

The extracellular matrix (ECM) is thought to interact with secreted signaling proteins and regulate their dynamics; however, it has often been regarded merely as a “static and uniform scaffold.” We previously discovered that the glycan-based ECM component heparan sulfate proteoglycans (HSPGs) form clusters on the cell surface, and that Wnt, a representative secreted signaling protein, accumulates in these clusters (Mii et al., Nat. Commun. 2017). Furthermore, we found that HSPGs and Wnt mutually regulate each other’s localization and dynamics while moving through intercellular spaces. This “dynamic coupling” between the two is emerging as a potential molecular basis for morphogenesis at the multicellular level.

In this study, using the establishment of planar cell polarity in Xenopus embryos as a model, we will investigate the molecular mechanisms by which coupling between HSPGs and Wnt drives dynamic changes in their spatial distribution. This will be achieved through live imaging and quantitative analyses employing newly developed probes for HSPGs (Mii et al., eLife 2021) and related techniques. Through this work, we aim to transform the conventional view of HSPGs and the ECM as a uniform and static scaffold.