Information coding in migrating cells

• Project/Area Number: 17H01812
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Life / Health / Medical informatics
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Sawai Satoshi 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (20500367)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 片桐 晃子 北里大学, 理学部, 教授 (00322157)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥16,380,000 (Direct Cost: ¥12,600,000、Indirect Cost: ¥3,780,000); Fiscal Year 2019: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2018: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2017: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000)
• Keywords: 細胞運動 / 走化性 / 免疫細胞 / マイクロ流体デバイス / 細胞性粘菌 / 入出力関係 / 細胞遊走 / 生命情報

Outline of Final Research Achievements

By employing microfluidics device and live-cell imaging of intracellular signaling molecules, we studied how the migratory direction of the neutrophil-like HL60 cells are governed by signal fluctuation and persistence. The results indicate distinct pathways responsible for the leading edge protrusion and contraction and that they are differentially guided by the temporal information embedded in the extracellular cues.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

免疫細胞などの速い細胞は、複雑な環境下で目的の細胞や組織に正確に到達することが知られています。細胞外にあるたよりとなるシグナル濃度の空間勾配、その時間変化、履歴、ノイズ成分などによって運動が変調されるため、これらの情報が適切に読み取られることが、こうした細胞のナビゲーションに不可欠と考えられます。今回の成果は、細胞のこうした巧みな性質を明らかにするもので、組織内の免疫監査の操作や、再生における細胞運動制御などの基礎となることが期待されます。

Research Products

• [Journal Article] Tissue self-organization based on collective cell migration by contact activation of locomotion and chemotaxis (2019)
  • Author(s): Fujimori Taihei、Nakajima Akihiko、Shimada Nao、Sawai Satoshi
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences USA Volume: 116 Issue: 10 Pages: 4291-4296
  • DOI: 10.1073/pnas.1815063116
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Fold-change detection and scale-invariance of cell-cell signaling in social amoeba (2017)
  • Author(s): Kamino, K, Kondo, Y., Nakajima, A., Honda-Kitahara M., Kaneko, K., Sawai S.
  • Journal Title: Proc. Nat. Acad. Sci. USA Volume: 114 Issue: 21
  • DOI: 10.1073/pnas.1702181114
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] A machine learning and dynamical modeling approach to morphology landscape of migrating cells (2019)
  • Author(s): 澤井 哲
  • Organizer: 1st International symposium on Interdisciplinary Approaches to Integrative Understanding of Biological Signaling Networks
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Search strategy in fast-migrating cells: direction sensing, memory, and polarity (2019)
  • Author(s): 中島昭彦
  • Organizer: Reinforcement Learning & Biological Intelligence: Learning from biology
  • Invited
• [Presentation] 強い基質接着条件で現れる細胞性粘菌の扇形移動形態の解析 (2019)
  • Author(s): 本田玄
  • Organizer: 定量生物の会第9回年会
• [Presentation] 変動する誘引分子濃度勾配に対する好中球様HL60細胞の走化性の定量的解析 (2019)
  • Author(s): 石田元彦
  • Organizer: 定量生物の会第9回年会
• [Presentation] 深層学習による細胞運動の形状解析 (2019)
  • Author(s): 井元大輔、斉藤稔、澤井 哲
  • Organizer: 2019年電子情報通信学会総合大会
• [Presentation] 接触誘導型の追従運動と走化性の２つの集団運動による自己組織化 (2018)
  • Author(s): 澤井 哲
  • Organizer: 第41回日本分子生物学会年会ワークショップ「生物における自発的秩序形成」
  • Invited
• [Presentation] 反応拡散とフェイズフィールドから理解する細胞変形と集団ダイナミクス (2018)
  • Author(s): 澤井 哲
  • Organizer: 第56回日本生物物理学会年会シンポジウム 「いきた形の新規生成に挑む、理論モルフォダイナミクス " Theoretical morphodynamics - towards understanding emerging shapes of life"」
  • Invited
• [Presentation] 細胞性粘菌にみるアメーバ界の多細胞性 (2018)
  • Author(s): 澤井 哲
  • Organizer: 東京大学大学院農学生命科学研究科 微生物潜在機能探索(発酵研究所)寄付講座 最終報告会および記念講演会「関わりあう微生物」
  • Invited
• [Presentation] やわらかさと複雑さから考える生物普遍性 (2018)
  • Author(s): 澤井 哲
  • Organizer: 日本哲学会第77回大会 学協会シンポジウム「生命とは何か？」
  • Invited
• [Presentation] Contact activation of locomotion and chemotaxis dictate cell segregation in Dictyostelium (2018)
  • Author(s): Taihei Fujimori, Akihiko Nakajima, Nao Shimada, Satoshi Sawai
  • Organizer: ASCB|EMBO 2018 meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cell-size dependent polarity dynamics revealed by high-throughput imaging and machine learning analysis (2018)
  • Author(s): 中島昭彦、石田元彦、藤森大平、澤井 哲
  • Organizer: 第56回日本生物物理学会年会
• [Presentation] Phase-field modeling of complex cell deformation and multi-celllular motion (2018)
  • Author(s): Daisuke Imoto, Nen Saito, Satoshi Sawai
  • Organizer: 第56回日本生物物理学会年会
• [Presentation] Exploring the basic law that determines the shape of fast moving cells (2018)
  • Author(s): 本田玄
  • Organizer: 第56回日本生物物理学会年会
• [Presentation] Optgenetic analysis of small GTPases in cell migration (2018)
  • Author(s): 島田奈央、藤城美奈、澤井 哲
  • Organizer: 日本細胞性粘菌学会第8回例会山口大会
• [Presentation] 細胞サイズ依存的な細胞極性動態 (2018)
  • Author(s): 中島昭彦、水沼周子、藤森大平、石田元彦、澤井哲
  • Organizer: 日本細胞性粘菌学会第8回例会山口大会
• [Presentation] 強い基質接着条件で現れる扇形移動形態の解析 (2018)
  • Author(s): 本田玄、澤井 哲
  • Organizer: 日本細胞性粘菌学会第8回例会山口大会
• [Presentation] A cell-size dependent polarity mechanism revealed by high-throughput imaging analysis of migrating cells (2018)
  • Author(s): 中島昭彦、石田元彦、松本朱加、澤井 哲
  • Organizer: 第70回細胞生物学会・第51回発生生物学会 合同年会
• [Presentation] 動く細胞の情報処理特性の理解に向けて (2018)
  • Author(s): 澤井 哲
  • Organizer: 自然科学研究機構新分野創成センターシンポジウム「分野横断・分野融合研究による生命創成を探究する新しい科学の創成」
  • Invited
• [Presentation] フェイズフィールドから読み解く細胞変形ダイナミクス (2018)
  • Author(s): 澤井 哲
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会・新学術領域ゆらぎと構造の協奏共催シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 細胞性粘菌の集団運動を表現するフェーズフィールドモデルの構築に向けて (2018)
  • Author(s): 井元大輔、斉藤稔、澤井哲
  • Organizer: 軽井沢グラフと解析研究集会
• [Presentation] フェーズフィールド法シミュレーションによる細胞のはいまわり運動 (2018)
  • Author(s): 井元大輔、斉藤稔、澤井哲
  • Organizer: 第7回日本生物物理学会関東支部会
• [Presentation] 基質表面の三次元形状によって方向づけられるアクチン波の伝播と細胞移動の生細胞画像解析 (2018)
  • Author(s): 本田玄、中島昭彦、澤井哲
  • Organizer: 第7回日本生物物理学会関東支部会
• [Presentation] 細胞性粘菌アメーバのcAMP勾配反転に対する細胞極性の制御 (2018)
  • Author(s): 入江陽一
  • Organizer: 第7回日本生物物理学会関東支部会
• [Presentation] Spatio-temporal constraints on cellular sensing: what it means for universal biology (2017)
  • Author(s): Satoshi Sawai
  • Organizer: International Symposium of the origin of life ? synergy among the RNA： protein and lipid worlds
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Phase-field Simulations of Multi-cellular Rotational Motion（ポスター賞受賞） (2017)
  • Author(s): Daisuke Imoto, Nen Saito, Satoshi Sawai
  • Organizer: International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Imaging analysis of actin waves and cell polarity on microstructured surfaces (2017)
  • Author(s): Gen Honda, Akihiko Nakajima, Satoshi Sawai
  • Organizer: International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 細胞性粘菌の細胞ダイナミクス：振動、波、走化性 (2017)
  • Author(s): 澤井 哲
  • Organizer: 明治大学先端数理科学インスティチュート(MIMS)現象数理学拠点共同集会「時空間ダイナミクス～生命現象における時間変化を伴う空間秩序～」
  • Invited
• [Presentation] 反応拡散とフェイズフィールドから読み解く細胞の変形ダイナミクス (2017)
  • Author(s): 澤井 哲
  • Organizer: 第11回物性科学領域横断研究会（領域合同研究会）
  • Invited
• [Presentation] 走化性細胞遊走の時空間情報処理特性 (2017)
  • Author(s): 中島昭彦
  • Organizer: 2017年度応用数理学会 数理医学サブシンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 細胞性粘菌における集団的細胞運動の一細胞レベル動態解析 (2017)
  • Author(s): 藤森大平
  • Organizer: 第69回日本細胞生物学会大会
• [Presentation] Chemotactic analysis of neutrophil-like HL60 cells based on cells persistent polarity and immediate responsiveness to chemoattractant (2017)
  • Author(s): 石田元彦
  • Organizer: 第55回日本生物物理学会年会
• [Presentation] Actin waves and cell polarity regulated by substrate geometry (2017)
  • Author(s): 本田玄、中島昭彦、澤井哲
  • Organizer: 第55回日本生物物理学会年会
• [Presentation] Small GTPase F-actin and cell morphology dynamics in migrating cells under well-defined noisy chemoattractant gradients (2017)
  • Author(s): 入江陽一
  • Organizer: 第55回日本生物物理学会年会
• [Presentation] フェーズフィールド法による細胞性粘菌の形と運動のシミュレーション (2017)
  • Author(s): 井元大輔、斉藤稔、澤井哲
  • Organizer: 第7回日本細胞性粘菌学会例会
• [Presentation] Contact followingとは何か？集団運動と細胞選別における役割 (2017)
  • Author(s): 藤森大平
  • Organizer: 第7回日本細胞性粘菌学会例会
• [Presentation] cAMP勾配反転に伴う向き直り様式と低分子量GTPase動態の濃度変化依存性 (2017)
  • Author(s): 入江陽一
  • Organizer: 第7回日本細胞性粘菌学会例会
• [Book] スケール不変な細胞間シグナリング（生物物理誌 58(6)） (2018)
  • Author(s): 神野圭太 、近藤洋平、澤井哲
  • Total Pages: 3
  • Publisher: 一般社団法人日本生物物理学会
• [Book] 這いまわる細胞の走化性に関する定量生物学（定量生物学 －生命現象を定量的に理解するために－（小林徹也 編）第６章） (2018)
  • Author(s): 澤井 哲、中島昭彦
  • Total Pages: 15
  • Publisher: 株式会社化学同人
  • ISBN: 9784759817300