Mechanical self-transformation of living systems

• Project Area: Mechanical self-transformation of living systems
• Project/Area Number: 22H05164
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (III)
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 茂木 文夫 北海道大学, 遺伝子病制御研究所, 教授 (10360653)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 柊 卓志 京都大学, 医学研究科, 教授 (00512477) ; 見学 美根子 京都大学, 高等研究院, 教授 (10303801) ; 柴田 達夫 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (10359888) ; 近藤 武史 京都大学, 生命科学研究科, 研究員 (60565084) ; Phng LiKun 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (70794098) ; 吉村 成弘 京都大学, 生命科学研究科, 准教授 (90346106)
• Project Period (FY): 2022-06-16 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥64,090,000 (Direct Cost: ¥49,300,000、Indirect Cost: ¥14,790,000); Fiscal Year 2024: ¥12,090,000 (Direct Cost: ¥9,300,000、Indirect Cost: ¥2,790,000); Fiscal Year 2023: ¥11,830,000 (Direct Cost: ¥9,100,000、Indirect Cost: ¥2,730,000); Fiscal Year 2022: ¥15,860,000 (Direct Cost: ¥12,200,000、Indirect Cost: ¥3,660,000)
• Keywords: 力作用 / 形態形成 / 自己組織化 / 細胞運命 / 多細胞システム / 多細胞生物 / 発生 / 力 / 自律的秩序化 / 多細胞 / 共同研究 / 共同利用 / 国際シンポジウム / 生体計測 / 細胞操作 / 秩序化 / 力学計測解析 / 力学化学フィードバック

Outline of Research at the Start

生物が卵から個体に至る過程では、様々な細胞がそれぞれの運命に従うことで、組織固有の形と機能を獲得する。この生体発生は、これまで細胞内外分子の化学反応として解釈されてきたが、細胞集団の運命・形・機能がマクロスケールで自律的に調和する組織化の理解は未だ遅れている。本領域では、既存概念に欠ける「力作用による生体秩序化の制御」を解明し、発生を「力学作用と化学反応のフィードバックによる細胞集団秩序の創発」と再定義することで、その基盤原理を包括的に理解する。情報計測と理論解析の新技術を駆使して、力作用を介して細胞集団が自律的に形質転換する法則を理解することで、生体システム設計のパラダイムシフトを達成する。

Outline of Annual Research Achievements

力作用による生体システム秩序化の制御機構を解明することを目標とし、本計画では細胞生物学・発生生物学・バイオエンジニアリング・情報計測・理論解析を専門とする研究室を集結させ、既存の枠に収まらない新規の異分野融合領域を創成する。生体システムの秩序化を「力学作用を利用して自律的に形質転換するシステム」という新しい理論体系で解明するために、発生力学3項目（A01「生体の自律的秩序化における細胞由来の力作用の役割」、A02「生体の自律的秩序化における細胞外“場”由来の力作用の役割」、A03 公募研究「力による生体秩序化の多様性と普遍性の解明に関する研究」と、生体計測解析2項目（B01「生体内力発生の定量的計測とその理論解析」、B02 公募研究「力学計測・解析を加速する新技術開発に関する研究」）を連携させた研究体制を構築した。総括班は、領域内研究者間の有機的連携による共同研究をサポートして領域研究にシナジー効果を誘導する役割を担い、研究者間に垣根のない機能的な研究ネットワークを構築するためのプログラムを策定した。定期的な領域全体会議の開催、毎週開催するオンライン研究セミナー、４項目の研究支援ファシリティ運営（イメージング・力学計測・メカノゲノミクス・数理解析）、共同研究をサポートする「交流キャンプ」プログラムを遂行することで、計画研究と公募研究の連携を促進する。研究成果の発信には、複数の学会年会におけるシンポジウムの開催と、領域ホームページの作成とSNSによる情報提供に加えて、国際シンポジウムの開催を2024年度に企画している。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

総括班は、領域内研究者間の有機的連携をサポートするために、以下のプログラムを推進してきた。

１） 研究方針の策定：本領域研究の達成目標を、領域内メンバー全員に明瞭に提示し、総括班分担者とともに研究方針を策定し遂行することで、計画研究と公募研究の連携を統括した。
２）国際化の推進：領域内のコミュニケーションを英語化し、国際性の強化とダイバーシティの促進によって、公募研究による領域研究の多様化を促し、研究成果の国際発信や国外機関との連携を推進した。
３） 領域全体会議：総括班は、研究方針と研究支援ファシリティーの運営方針を議論する「領域全体会議」をリードする役割を担う。領域全体会議には、若手研究者を積極的に関与させることで、次世代リーダーの育成に資する。2022年度は2回の領域全体会議を、札幌と京都で開催した。
４）領域内コミュニケーションの促進 若手研究者が他研究室に滞在する「交流キャンプ」を企画し、2023年4月から開始する

Strategy for Future Research Activity

総括班は、引き続き研究者間の有機的連携をサポートするために、以下のプログラムを推進する。

１）領域内の共同研究促進による学際的研究を目指して、領域内研究者が研究発表する以下３つのプログラム「研究セミナー（オンラインで毎週開催）」、「領域全体会議（2023年6月に金沢で開催予定）」、「領域トピックワークショップ（2023年秋頃に開催予定）」を遂行する。共同研究促進に向けては、領域内設備の共有化を目指してイメージング・メカノゲノミクス・生体計測・数理理論解析の研究支援ファシリティーを運営する。
２）領域運営、業務連絡、研究報告まで全て英語で行うことで、本領域の国際化を継続して取り組む。また、2024年6月には本領域が主催として国際シンポジウムを開催する予定で、本領域の研究成果を国際的に宣伝する。
３）領域全体会議は、2023年6月に金沢で開催予定。
４）若手研究者が他研究室に滞在する際に必要な旅費と滞在費をサポートする「交流キャンプ」プログラムを2023年4月からスタートさせる。