筋細胞群知能：昆虫変態時の筋肉リモデリングにおける相転移的動態の理解
| Project Area | Heterogeneous swarm intelligence: Innovative design of swarm intelligence inspired by collective behavior of variety of cells |
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| Project/Area Number |
21H05105
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | Osaka University (2023)
Tohoku University (2021-2022) |
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Principal Investigator |
梅津 大輝 大阪大学, 大学院理学研究科, 講師 (60620474)
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| Project Period (FY) |
2021-08-23 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥41,860,000 (Direct Cost: ¥32,200,000、Indirect Cost: ¥9,660,000)
Fiscal Year 2023: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000)
Fiscal Year 2022: ¥20,020,000 (Direct Cost: ¥15,400,000、Indirect Cost: ¥4,620,000)
Fiscal Year 2021: ¥13,650,000 (Direct Cost: ¥10,500,000、Indirect Cost: ¥3,150,000)
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| Keywords | 群知能 / ヘテロ性 / 細胞遊走 / 組織リモデリング / 骨格筋 / 形態形成 / 自己組織化 / ライブイメージング / ショウジョウバエ |
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| Outline of Research at the Start |
ショウジョウバエの変態期に起こる筋肉リモデリングは、自己駆動する細胞が合目的的に秩序構造を形成する現象と言える。この過程を群知能現象を理解するためのモデルとし、環境変化に対して柔軟に筋組織を構築する制御則の解明を目指す。筋繊維が一旦バラバラになって生じる筋断片が全く新しい秩序パターンに再集合する過程において、筋断片群は、自由度が高くヘテロな動態活性を持つ比較的無秩序の状態から、動きの低下を伴った秩序状態へと相転移的な動態を示す。この動態の創発メカニズムの解明が群知能の原理解明の鍵と位置づけ、筋細胞の動態を制御する分子メカニズム、個々が従うアルゴリズム、環境適応性の解明を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、生体内を動き回る細胞がどのようにして機能的な構造を形成するかの問いに答えるために、細胞が創発する群知能という視点から現象を理解することを目指している。ショウジョウバエの変態期に起こる筋肉リモデリング過程では、古い筋繊維が一旦バラバラになって再集合し、新しい筋繊維に寄与していることが研究代表者の独自の実験結果によって示唆されていた。一見バラバラに動き回る筋断片は徐々にスピードを落としながら１日半ほど動き回り、いつの間にか網目状のパターンに配置する。このパターンを細胞が自己組織化的に作り出す原理の解明には、まずは個々の細胞の動きを詳細に解析することが重要である。そこで、細胞のトラッキングデータに基づいて、近傍の細胞が協調的に動いていることを定量的に解析する手法を確立し、その内容をまとめた論文を発表した。今年度は、細胞の蛍光シグナルの時間的な差分をとることによって細胞移動の速度を定量するより簡便な手法を確立した。また、自己駆動粒子系の形態形成を理解するために、「ヘテロ群知能」研究計画班A01の加納との共同研究により構築を行っている数理モデルについて、複数種の細胞を組み込むことで異なる細胞間の相互作用の影響を評価した。その結果、大きさの異なる複数種の細胞が存在することで秩序正しい細胞の配置を比較的に容易に実現することができることが予測された。そこで、文献検索の結果に基づき、大小２種類の細胞を同定し、それぞれを遺伝学的手法によって蛍光標識して可視化することに成功した。ライブイメージングを行うことにより両者の動態を観察し、上述した手法によって細胞の配置パターンと速度を定量化した。シミュレーションの結果と比較することにより、細胞配置のパターンの明確化には、細胞集団が空間的制限を受けることの寄与が大きいことを明らかにした。現在、本成果の論文投稿準備中である。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(10 results)
