Quantitative Immunology of T cell homeostasis

• Project/Area Number: 17KT0014
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 特設分野
• Research Field: Constructive Systems Biology
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 小林 徹也 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (90513359)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 秋山 泰身 国立研究開発法人理化学研究所, 生命医科学研究センター, チームリーダー (50327665)
• Project Period (FY): 2017-07-18 – 2020-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥18,720,000 (Direct Cost: ¥14,400,000、Indirect Cost: ¥4,320,000); Fiscal Year 2019: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2018: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2017: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
• Keywords: T細胞 / 多様性 / 恒常性 / 胸腺 / 胸腺上皮細胞 / 数理モデル / T細胞受容体レパトア / シーケンス解析 / 微分方程式モデル / 免疫学 / バイオインフォマティクス

Outline of Annual Research Achievements

マウス胸腺のT前駆細胞および胸腺上皮細胞のダイナミクスのモデルにおいて、前年度に実験取得したDN細胞部分群をモデルに取り込んだ詳細モデルを作成。そのデータとモデルに対してもパラメータ推定を行い、DN部分群を粗視化した前年度までのモデルとの整合性を確認した。同時に、DN細胞の前駆細胞の流入速度に関して新たなモデルでは、流入量がこれまでの推定よりも少ないことが見いだされた。これは既知の実験事実とも整合し、また粗視化モデルのbootstrap解析でも推定パラメータに二峰性が見られたことから整合することがわかった。更にbootstrap解析における不完全な収束も同定し、より適切なパラメータ推定分布を与えた。
並行して、T細胞受容体の次世代シーケンスデータの解析を進めた。この解析から、特定のT細胞受容体配列を持つ細胞群が非常にゆっくりと胸腺へのX線摂動後回復することを見出した。一方でそれ以外の細胞については、摂動後7日程度で多様性指標(レニー多様性)が回復すること、また定常状態ではDPとSPの細胞に多様性指標に差が殆どないことが見いだされた。そして、PCAなどを用いた解析により、多様性指標では確認できなかった、摂動からの回復に伴う複雑なレパトアの変化やDPとSP細胞のレパトアの差異などを見出すことができた。今後この差異がなぜ生じるのか、またなぜ多様性指標はここまで普遍的に一定に保たれるのか、などについて研究をすすめることを予定している。

Research Products

• [Journal Article] Quantitative Analysis Reveals Reciprocal Regulations Underlying Recovery Dynamics of Thymocytes and Thymic Environment in Mice (2019)
  • Author(s): Kazumasa B Kaneko, Ryosuke Tateishi, Takahisa Miyao, Yuki Takakura, Nobuko Akiyama, Ryo Yokota , Taishin Akiyama, Tetsuya J. Kobayashi
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Quantification of Inter-Sample Differences in T-Cell Receptor Repertoires Using Sequence-Based Information (2017)
  • Author(s): Yokota Ryo、Kaminaga Yuki、Kobayashi Tetsuya J.
  • Journal Title: Frontiers in Immunology Volume: 8 Pages: 1500-1500
  • DOI: 10.3389/fimmu.2017.01500
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] T細胞の分化時間を一定に保つ適応メカニズム (2019)
  • Author(s): 金子和正
  • Organizer: 数理生物学会
  • Invited
• [Presentation] T細胞集団の恒常性と多様性の数理的理解 (2019)
  • Author(s): 小林 徹也
  • Organizer: 1細胞解析と数理モデリングの融合がもたらす細胞社会ダイバーシティーの理解
  • Invited
• [Presentation] 免疫学習の数理 (2019)
  • Author(s): 小林 徹也
  • Organizer: 第３回理論免疫学ワークショップ
  • Invited
• [Presentation] 細胞内シグナリングネットワークにおける応答時間を一定に保つメカニズム (2019)
  • Author(s): 金子 和正
  • Organizer: 第３回理論免疫学ワークショップ
  • Invited
• [Presentation] 胸腺上皮細胞との相互作用を介した恒常的なT細胞生成の数理モデリング (2018)
  • Author(s): 金子 和正
  • Organizer: 第15回 生物数学の理論とその応用 -次世代の数理科学への展開-
• [Presentation] Quantitative analysis of reciprocal regulations between thymocytes and thymic environment during recovery (2018)
  • Author(s): Kazumasa Kaneko
  • Organizer: Virus Dynamics Workshop in Japan
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Modeling homeostatic dynamics of thymic T cell development (2017)
  • Author(s): Tetsuya J. Kobayashi
  • Organizer: Mathematical Innovation for Biomedicine
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Theoretical analysis of thymic T cell development dynamics via interaction with thymic epithelial cells (2017)
  • Author(s): Kazumasa Kaneko, Ryo Yokota, Taishin Akiyama, Tetsuya J. Kobayashi
  • Organizer: EMBL conference Quantitative Principles in Biology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Modeling homeostatic dynamics of thymic T cell development (2017)
  • Author(s): Tetsuya J. Kobayashi
  • Organizer: LyonSysBio 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Theoretical analysis of thymic T cell development via interaction with thymic epithelial cells (2017)
  • Author(s): Kazumasa Kaneko, Ryo Yokota, Taishin Akiyama, Tetsuya J. Kobayashi
  • Organizer: The 2017 (27th) annual meeting of the Japanese Society for Mathematical Biology
• [Presentation] Mathematical modeling of thymic T cell development via interaction with thymic epithelial cells (2017)
  • Author(s): Kazumasa Kaneko, Ryo Yokota, Taishin Akiyama, Tetsuya J. Kobayashi
  • Organizer: 第46回日本免疫学会学術集会
• [Presentation] 胸腺T細胞分化の数理モデリング (2017)
  • Author(s): 金子和正, 横田亮, 秋山泰身, 小林徹也
  • Organizer: 第2回理論免疫学WS
  • Invited
• [Remarks] Quantitative Immunology
  • URL: https://research.crmind.net/Project_QImmunol.html
• [Funded Workshop] Interface between Immunology & Quantitative Biology (2019)