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Analysis of molecular mechanisms underlying endothelial cell behaviors as a fundamental process of angiogenesis

Research Project

Project/Area Number 18K06817
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 48010:Anatomy-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

Tonami Kazuo  東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 助教 (70511393)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywords血管新生 / 血管内皮細胞 / 集団的細胞運動 / VE-カドヘリン / 回転運動 / 数理モデル / 細胞骨格 / カルパイン
Outline of Final Research Achievements

Angiogenesis is the process by which endothelial cells (ECs) form dendrite structures through sprouting, elongation, branching and lumenization. By analyzing single cell behaviors of MS-1 cells, we identified directional migration and unique fast rotational movement potentiated by cell-cell contact as a fundamental process of angiogenesis. Knockout (KO) of VE-cadherin attenuated the directional movement, whereas enhanced the rotational movement of MS-1 cells. These results suggested that VE-cadherin confers coordinated linear motility to ECs, which facilitates sprout elongation, whereas it is dispensable for the characteristic rotational movement. The rotational movement caused by VE-cadherin KO was driven by PECAM1 mediated cell adhesions and activated lamellipodial membrane ruffling and FAK activity involving the cell-cell interface, suggesting distinctive pFAK-Rac1 signal activation elicited from cell-cell interface as a possible mechanism for the rotational movement of ECs.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究における内皮細胞固有の協調動態としての回転運動の発見は、血管新生を可能にする細胞運動の素過程として、これまでの研究でも報告のない全く新しい知見である。その妥当性は、数理モデルに基づくシミュレーションにおいても、回転運動が血管に特徴的な枝状構造を効率よく再現したことでも示されている。本研究の成果を足掛かりとし、内皮細胞固有の細胞動態を生み出す責任分子の同定、さらには遺伝子の再構成実験により非血管細胞から血管構造あるいはその一部でも作ることが出来れば、血管誘導による臓器機能の再建や細胞移植による再生医療に新しい可能性を拓くことが期待される。

Report

(4 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2021 2020 2019 2018 Other

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Murine neonatal ketogenesis preserves mitochondrial energetics by preventing protein hyperacetylation2021

    • Author(s)
      Arima Yuichiro、Nakagawa Yoshiko、Takeo Toru、Ishida Toshifumi、Yamada Toshihiro、et al.
    • Journal Title

      Nature Metabolism

      Volume: 3 Issue: 2 Pages: 196-210

    • DOI

      10.1038/s42255-021-00342-6

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 血管内皮細胞の動態モ デルの3次元への拡張について2021

    • Author(s)
      酒井一馬,林達也,時弘哲治,礪波一夫,栗原裕基
    • Journal Title

      津田塾大学 数学・計算機科学研究所報

      Volume: 42 Pages: 141-147

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 血管新生の数理モデル-3次元への拡張-2021

    • Author(s)
      酒井 一馬,林 達也,間田 潤,時弘 哲治,礪波 一夫,栗原 裕基
    • Organizer
      日本応用数理学会2021年研究部会連合発表会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Analysis of molecular mechanisms underlying contact-dependent rotational movement of endothelial cells2021

    • Author(s)
      礪波 一夫, 林 達也, 劉 瀟瀟, 牛島 俊征, 内島 泰信, 栗原 由紀子, 時弘 哲治, 栗原 裕基
    • Organizer
      第28回日本血管生物医学会学術集会(CVMW2020)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 血管内皮細胞の動態モデルの3次元への拡張について2020

    • Author(s)
      酒井 一馬,林 達也,時弘 哲治,礪波 一夫,栗原 裕基
    • Organizer
      津田塾大学 数学・計算機科学研究所 オンライン研究集会「非線形波動から可積分系へ」
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 血管新生に関わる内皮細胞の特徴的回転運動における分子動態の解析2020

    • Author(s)
      礪波 一夫, 劉 瀟瀟, 牛島 俊征, 内島 泰信, 栗原 由紀子, 栗原 裕基
    • Organizer
      第43回日本分子生物学会年会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Mathematical modeling for endothelial cell migration during sprouting angiogenesis2019

    • Author(s)
      Tatsuya Hayashi, Fumitaka Yura, Yuri Kominami, Jun Mada, Tetsuji Tokihiro, Kazuo Tonami, Hiroki Kurihara
    • Organizer
      The 20th International Conference on Systems Biology
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 血管新生における内皮細胞のパターン形成機構の解明2019

    • Author(s)
      礪波一夫, 林達也, 金井政宏, 由良文孝, 間田潤, 須賀原啓, 劉瀟瀟, 内島泰信, 時弘哲治, 栗原裕基
    • Organizer
      第42回日本分子生物学会年会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 単一細胞遺伝子発現ネットワークの分析による血管新生調節機構の解析2019

    • Author(s)
      内島泰信, 戸澤英人, 岩瀬晃康, 礪波一夫, 田久保直子, 栗原由紀子, 田口明糸, 椎名香織, 小林美佳, 山本尚吾, 仲木竜, 興梠貴英, 油谷浩幸, 和田洋一郎, 栗原裕基
    • Organizer
      第42回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 血管新生の基盤となる血管内皮細胞に特有な細胞間相互作用の同定とその制御機構の解析2019

    • Author(s)
      礪波一夫, 林達也, 金井政宏, 由良文孝, 間田潤, 劉瀟瀟, 須賀原啓, 内島泰信, 時弘哲治, 栗原裕基
    • Organizer
      第27回日本血管生物医学会学術集会(心血管代謝週間2019)
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Analysis of single endothelial cell behaviors as a fundamental process of sprouting angiogenesis2018

    • Author(s)
      礪波一夫、金井政宏、牛島俊征、内島泰信、栗原裕基
    • Organizer
      Weinstein Cardiovascular Development and Regeneration Conference 2018
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      2018 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 血管新生における血管内皮細胞の基本動態に関する数理モデル2018

    • Author(s)
      林達也、由良文孝、 間田潤、時弘哲治、礪波一夫、栗原裕基
    • Organizer
      日本応用数理学会2018年 年会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 血管新生の素過程としての内皮細胞動態とその分子基盤の解析2018

    • Author(s)
      礪波一夫、金井政宏、牛島俊征、須賀原啓、内島泰信、栗原裕基
    • Organizer
      第41回 日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 血管新生を可能にする内皮細胞の協調動態とその分子基盤の解析2018

    • Author(s)
      礪波一夫、金井政宏、牛島俊征、須賀原啓、内島泰信、栗原裕基
    • Organizer
      第26回 日本血管生物医学会学術集会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Remarks] 東京大学大学院医学系研究科代謝生理化学分野ホームページ

    • URL

      http://bio.m.u-tokyo.ac.jp/index.html

    • Related Report
      2020 Annual Research Report 2019 Research-status Report 2018 Research-status Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2022-01-27  

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