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細胞が非対称性を獲得する原理の分子レベルおよび数理・数式レベルでのモデル構築

Research Project

Project/Area Number 20016017
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionNara Institute of Science and Technology

Principal Investigator

稲垣 直之  Nara Institute of Science and Technology, バイオサイエンス研究科, 准教授 (20223216)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 鳥山 道則  奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 研究員 (90457151)
Project Period (FY) 2008 – 2009
Project Status Completed (Fiscal Year 2009)
Budget Amount *help
¥8,000,000 (Direct Cost: ¥8,000,000)
Fiscal Year 2009: ¥4,000,000 (Direct Cost: ¥4,000,000)
Fiscal Year 2008: ¥4,000,000 (Direct Cost: ¥4,000,000)
Keywords軸索 / 樹状突起 / 極性 / Shootinl / 形態形成 / 対称性破壊 / 揺らぎ / 定量的システムバイオロジー / 神経細胞 / システムズバイオロジー
Research Abstract

組織や細胞は発生・分化に伴って非対称性(極性)を獲得して固有の形態を形づくる。生体がどの様にして非対称性を獲得するかという問題は重要な研究テーマである。我々は、これまでの大規模なプロテオーム解析により、神経極性形成タンパク質Shootinlを見出した。本研究では、Shootinlの実験計測データを条件とした自立的に極性を獲得することができるモデルニューロンの構築を行う。そして、数理解析の結果を実験科学にフィードバックして研究を推進するアプローチを通して、細胞が非対称性を獲得するしくみの原理を分子レベルおよび数理・数式レベルで解き明かすことを目指す。本研究では、これまでに培養細胞を用いて得られたShootinlの詳細な定量的データ、すなわち(1) 神経極性形成に伴うShootinlの発現上昇、(2) 突起先端におけるShootinlの濃縮に伴う神経突起伸長、(3) Shootinlの細胞体から神経突起先端への能動輸送、(4) Shootinlの神経細胞内での拡散に関して、生物学的に適切な数式を導入し、データのパラメーターフィッティングを行った。その結果、得られた複数の微分方程式は、すべてShootinlの細胞内動態を定量的によく再現した。さらにこれらの微分方程式を統合することによって、自発的に極性を獲得するモデルニューロンを構築に成功した。以上の研究成果に加えて、これまでに総数15の培養ニューロンとモデルニューロンの挙動の一致を確認した。このことから、モデルニューロンが神経極性形成を再現することが示唆された。本年度は、Shootinlの細胞体から神経突起先端への能動輸送の意義を解析した。Shootinlの輸送は、その輸送量に関しても輸送頻度に関しても大きな揺らぎがあることが解った。その揺らぎをなくしたり、規則的なものにすると、モデルニューロンは極性を獲得できなかった。以上の結果から、神経細胞が自立的に極性を獲得するためには、揺らぐ細胞内シグナルのフィードバック増殖が重要な役割を果たすと考えられた。

Report

(2 results)
  • 2009 Annual Research Report
  • 2008 Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2010 2009 2008 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (9 results) Book (1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Proteomics analysis of temporal changes in axonal proteins during maturation2010

    • Author(s)
      Yamatani, H., Kawasaki T., Mita S., Inagaki N. Hirata T.
    • Journal Title

      Dev.Neurobiol. (印刷中)

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] ニューロンにはアクソンは1本しかないのか?2010

    • Author(s)
      鳥山道則、稲垣直之
    • Journal Title

      Clinical Neuroscience 28

      Pages: 113-113

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Journal Article] Shootinl interacts with actin retrograde flow and L1-CAM to promote axon outgrowth2008

    • Author(s)
      Shimoda, T
    • Journal Title

      J. Cell Biol 181

      Pages: 817-829

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 神経細胞の対称性の破れに関与するポジティヴフィードバックループ2009

    • Author(s)
      稲垣直之
    • Organizer
      第82回日本生化学会大会
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      2009-10-24
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 神経極性の安定化に関与する新規分子Singar1の作用機構の解析2009

    • Author(s)
      中澤瞳、佐田忠行、森達也、福田光則、稲垣直之
    • Organizer
      第82回日本生化学会大会
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      2009-10-24
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] クラッチ分子Shootin1による神経突起伸長機構の解析2009

    • Author(s)
      鳥山道則、島田忠之、上口裕之、杉浦忠男、渡邊直樹、稲垣直之
    • Organizer
      第32回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2009-09-16
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] プロテオミクスと数理解析から見えてきた神経細胞が極性を獲得する仕組み2009

    • Author(s)
      稲垣直之
    • Organizer
      第56回日本生化学会近畿支部会
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2009-07-18
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Shootin1による神経突起長の計測と神経突起伸長の促進は神経極性形成を誘導する2009

    • Author(s)
      鳥山道則、作村諭一、島田忠之、石井信、稲垣直之
    • Organizer
      第61回日本細胞生物学会大会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2009-06-02
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      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Shootinlを介した神経細胞の非対称性獲得2009

    • Author(s)
      稲垣直之
    • Organizer
      シンポジウム「システム生物学による機能解剖学」第114回日本解剖学会総会
    • Place of Presentation
      岡山
    • Year and Date
      2009-03-28
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] A neurite-length sensing system involved in neuronal symmetry breaking2008

    • Author(s)
      Inagaki, N
    • Organizer
      第31回日本分子生物学会・第81回日本生化学会合同大会シンポジウム、神経細胞と極性
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      2008-12-11
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] Shootinlによる神経突起計測および神経突起伸長の促進は神経極性形成を誘導する2008

    • Author(s)
      稲垣直之
    • Organizer
      第31回日本分子生物学会・第81回日本生化学会合同大会
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      2008-12-10
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] Shoothlは成長円錐のアクチンフィラメント求心性流動と細胞接着分子L1-CAMとを連結することによって神経軸索伸長を促進する2008

    • Author(s)
      稲垣直之
    • Organizer
      第60回日本細胞生物学会大会ミニシンポジウム細胞突起の形成と発達のメカニズム
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      2008-06-29
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Book] Handbook of Neurochemistry and Molecular neurobiology2009

    • Author(s)
      Mori T., Inagaki N., Kamiguchi H.
    • Total Pages
      5
    • Publisher
      Springer-Verlag
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://bsw3.naist.jp/itoh/home/oldhome/contents/inagaki/shoukai_inagaki.html

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://bsw3.naist.jp/itoh/home/oldhome/contents/inagaki/shoukai_inagaki.html

    • Related Report
      2008 Annual Research Report

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Published: 2008-04-01   Modified: 2018-03-28  

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