生細胞イメージングによるＥＲＫ ＭＡＰＫ経路におけるシグナル伝達動態の定量解析

• Project/Area Number: 14J03140
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Cell biology
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research (2016); Osaka University (2014-2015)
• Principal Investigator: 新土 優樹 国立研究開発法人理化学研究所, 佐甲細胞情報研究室, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥3,070,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2016: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 細胞内情報伝達 / 数理モデル / 生化学反応ネットワーク / モデル推定 / EMアルゴリズム / パーティクルスムーザー / Lasso / 核移行 / スイッチ応答 / セミインタクトアッセイ / ヌクレオポリン / ERK / MAPK / EGF / PC12

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、実験・理論・計算を複合的に用いた解析により、細胞の運命決定に重要なERK (extracellular signal-regulated kinase) 経路をはじめとする細胞内反応ネットワークの動態を詳細に特徴付けることを目的にしている。27年度までに，生細胞蛍光イメージングを中心とした実験的手法により、ERK経路における応答特性を詳細に解析した。28年度は、これまでに得られた実験データや数値シミュレーションデータを、理論・計算を中心とした手法により詳細に解析した。特に、生細胞蛍光イメージングによって取得可能な1細胞解像度の時系列データを想定し、そのダイナミクスから背後にある反応ネットワークを推定する解析手法の開発を行った。具体的には、パーティクルスムーザーとL1正則化の手法をEMアルゴリズムの枠組みに取り込んだ手法を開発した。その結果として、人工データを用いた解析から、本手法では2-3 nodeのネットワークの構造と反応パラメータをほぼ正しく推定できることを確認した。非線形な反応を扱える点、生化学反応ネットワークにおける正則化の方法を定式化した点が本研究の特徴である。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Modeling cellular noise behind heterogeneous cell responses in epidermal growth factor signaling pathway. (2016)
  • Author(s): Kazunari Iwamoto, Yuki Shindo, Koichi Takahashi
  • Journal Title: PLOS Computational Biology Volume: 12 Issue: 11 Pages: e1005222-e1005222
  • DOI: 10.1371/journal.pcbi.1005222
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Analog-to-digital Conversion in the Cellular Signaling System (2016)
  • Author(s): 新土優樹，小迫英尊，佐甲靖志，高橋恒一
  • Journal Title: Seibutsu Butsuri Volume: 56 Issue: 6 Pages: 334-336
  • DOI: 10.2142/biophys.56.334
  • NAID: 130005170660
  • ISSN: 0582-4052, 1347-4219
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Conversion of graded phosphorylation into switch-like nuclear translocation via autoregulatory mechanisms in ERK signalling. (2016)
  • Author(s): Y. Shindo, K. Iwamoto, K. Mouri, K. Hibino, M. Tomita, H. Kosako, Y. Sako and K. Takahashi.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 7 Issue: 1 Pages: 10485-10485
  • DOI: 10.1038/ncomms10485
  • NAID: 120006535049
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 増殖因子刺激に対するswitch-likeなERKの核移行応答 (2016)
  • Author(s): 新土優樹，小迫英尊，佐甲靖志，高橋恒一
  • Organizer: 第68回日本細胞生物学会大会
  • Place of Presentation: 京都テルサ（京都府京都市）
• [Presentation] 核膜孔複合体によるswitch-likeなERK応答の制御 (2016)
  • Author(s): 新土優樹，小迫英尊，佐甲靖志，高橋恒一
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Invited
• [Presentation] EGF刺激に対するERKの核移行応答は自己制御を伴いスイッチ様に振る舞う (2015)
  • Author(s): 新土優樹，岩本一成，毛利一成，日比野佳代，冨田勝，小迫英尊，佐甲靖志，高橋恒一
  • Organizer: BMB2015（第38回日本分子生物学会年会，第88回日本生化学会大会 合同大会）
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] PC12細胞におけるスイッチ的なERKの核移行応答 (2014)
  • Author(s): 新土優樹，岩本一成，毛利一成，日比野佳代，佐甲靖志，高橋恒一
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] Switch-like behavior of EGF-induced ERK nuclear translocation in mammalian cells as observed by live cell fluorescence imaging. (2014)
  • Author(s): Yuki Shindo, Kazunari Mouri, Kayo Hibino, Kazunari Iwamoto, Yasushi Sako, and Koichi Takahashi
  • Organizer: International Conference on Systems Biology 2014
  • Place of Presentation: Melbourne, Australia
  • Year and Date: 2014-09-14 – 2014-09-18