哺乳動物の発生過程における自発的パターン形成現象の数理モデル化とその実験的検証

• Project/Area Number: 17689009
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: General anatomy (including Histology/Embryology)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 三浦 岳 Kyoto University, 医学研究科, 助教 (10324617)
• Project Period (FY): 2005 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000); Fiscal Year 2007: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2006: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2005: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
• Keywords: パターン形成 / 発生生物学 / 数理モデル / 実験的検証 / 縫合線 / 肺 / 発生 / 頭蓋骨 / 四肢

Research Abstract

今年度は、肺及び縫合線のパターン形成に関して主に研究を行った.
肺の枝分かれ形成に関しては、in vitroのモデルから一歩踏み出してin vivoのパターン形成のメカニズムを理解するため、ニワトリ胚をモデル実験系として選び、その中でのmorphogen分子(FGF)の拡散とパターンの関連について研究を行った.ニワトリ肺は人やマウスと異なり、枝分かれして気道を作る部分と、気嚢と呼ばれる嚢胞状の構造を作る部分がある.数理モデルからの予測では、FGFの拡散係数、もしくは産生量がこれらのパターンの差異に重要になると思われたため、そのそれぞれの可能性について実験的に検証を行った.その結果、FGFの拡散が枝分かれと嚢胞形成の区別に関わっていることが明らかになった.現在研究結果を投稿中である.
縫合線のパターン形成に関しては、数理モデルの実験的検証のため、単一個体内でのパターン形成の経時変化を観察するための技術開発を行った.具体的には、microCTを用いて非侵襲的に生後3週から8週までのマウスの頭蓋骨の立体像を取得するためのプロトコルを開発した.その結果、縫合線の形成過程を単一個体で追うことが可能になり、モデルと実験データを直接対応づけることが可能になった.実測した実験データをシミュレーションの初期値として使うことにより、数値計算の結果と実際の形態形成過程が対応することがわかった。現在、観察技術とモデルの実験的検証それぞれに着いて論文の投稿準備中である.

Research Products

• [Journal Article] Modelling Lung Branching Morphogenesis (2008)
  • Author(s): Takashi Miura
  • Journal Title: Curr Top Dev Biol 81 Pages: 291-310
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Modulation of activator diffusion by extracellular matrix in Turing system (2007)
  • Author(s): Takashi Miura
  • Journal Title: RIMS kokyuroku Bessats B3 B3 Pages: 165-176
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mathematical analysis of a free-boundary model for lung branching morphogenesis (2007)
  • Author(s): Dirk Hartmann and Takashi Miura
  • Journal Title: Mathematical Medicine and Biology 24 Pages: 209-224
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Modelling in vitro lung branching morphogenesis during development. (2006)
  • Author(s): Hartmann D, Miura T.
  • Journal Title: J Theor Biol 242(4) Pages: 862-872
• [Journal Article] Mixed-mode pattern in Doublefoot mutant mouse limb-luring reaction-diffusion model on a growing domain during limb development. (2006)
  • Author(s): Miura T, Shiota K, Morriss-Kay G, Maini PK
  • Journal Title: J Theor Biol 240(4) Pages: 562-573
• [Journal Article] Mixed mode pattern in Doublefoot mutant mouse limb-Turing reaction-diffusion model on a growing domain during limb development (2006)
  • Author(s): Miura T, Shiota K, Morriss-Kay G, Maini PK.
  • Journal Title: J Theor Biol in press
• [Journal Article] 発生生物学におけるTuring系の応用 (2005)
  • Author(s): 三浦 岳
  • Journal Title: 蛋白質 核酸 酵素 50(15) Pages: 1955-1961
• [Journal Article] Mathematical analysis of a free-boundary model for lung branching morphogenesis.
  • Author(s): Hartmann D, Miura T
  • Journal Title: Math Med Biol (in press)
• [Presentation] Time course observation of mouse skull development using microCT (2008)
  • Author(s): Takashi Miura, Naomichi Ogihara, Masato Kinboshi and Kohei Shiota
  • Organizer: 日本解剖学会
  • Place of Presentation: 大分
  • Year and Date: 2008-03-28
• [Presentation] Noninvasive observation of mouse skull using microCT (2007)
  • Author(s): Takashi Miura, Naoki Morimo to, Naomichi Ogihara and Kohei Shiota、
  • Organizer: 日本先天異常学会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2007-07-07
• [Presentation] Cyst-branch difference of chick lung results from different morphogen diffusion coefficient (2007)
  • Author(s): 三浦 岳
  • Organizer: 日本発生生物学会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2007-05-30