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力と力学特性による細胞競合メカニズム

Publicly Offered Research

Project AreaCell competition: a mechanism for survival of the fittest in the multi-cellular community
Project/Area Number 15H01494
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

水野 大介  九州大学, 理学研究院, 准教授 (30452741)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000)
Fiscal Year 2016: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2015: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Keywordsマイクロレオロジー / 細胞競合の力学 / 細胞力学 / "活きの良さ" / 細胞競合 / 牽引力 / 力生成 / フィードバックマイクロレオロジー
Outline of Annual Research Achievements

癌関連遺伝子であるRasやYAP薬剤依存的発現誘導が仕組まれた細胞と完全な正常細胞をコラーゲンゲル上に高密度で共培養し、上皮様の細胞シートを形成した。その後テトラサイクリン投与により一部の細胞を癌化させ、正常細胞との競合状態とその前後における敗者細胞の力学特性と”活きの良さ”を観測した。例えば、北海道大学の藤田班から提供されたRas変異細胞(MDCK-RasV12)は、柔らかいゲル上で正常細胞に取り囲まれると、敗者として管腔側に脱落する。周辺の正常細胞にはフィラミンやビメンチン等の細胞骨格関連蛋白質が過剰発現し、敗者細胞を押しのける(M. Kajita, Nat. Comm, 2014)。押し出されることが確定している敗者細胞の力学特性は、テトラサイクリン投与後細胞シート中に留まる間は大幅に柔らかくなり、上皮細胞シートから完全に押し出された後には、逆に硬化する様子が観測された。また、細胞の力学的な”活きの良さ”は、正常細胞との競合中には2桁程度も大幅に増加した後、敗北が決定して完全に押し出された後は、逆に低下している様子が観測された。
得られた結果は、1)周辺細胞との細胞競合中には細胞内の力学的な活性が増加し、細胞質は強制的に流動化されている。それに対して2)敗北が決定して上皮層から押し出された後には、細胞死に向かうことで活性が低下して細胞質が固化していると解釈できる。マイクロレオロジー計測により得られる”活きの良さ”は純粋に力学的な指標であるが、細胞内部の代謝活性との関連性をATP枯渇アッセイを用いて調べており、上記の解釈と整合する成果も得られつつある。
計測データの統計数を増やすことが今後の課題であるが、少数の敗者細胞中にプローブ粒子が導入されていることが稀であるために、観測に失敗することが多い。現在、セルソーターを使用して計測の歩留まりを改善させることを検討している。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (56 results)

All 2017 2016 2015 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (49 results) (of which Int'l Joint Research: 19 results,  Invited: 10 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] ACTA, Vrije University, Amsterdam(オランダ)

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    • Author(s)
      Takashi Kurihara, Msato Aridome, Heev Ayade, Irwin Zaid, and Daisuke Mizuno
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 95 Issue: 3

    • DOI

      10.1103/physreve.95.030601

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  • [Journal Article] Analytical Limit Distributions from Random Power-Law Interactions2016

    • Author(s)
      Irwin Zaid and Daisuke Mizuno
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 117 Issue: 3 Pages: 030602-030602

    • DOI

      10.1103/physrevlett.117.030602

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    • Author(s)
      西澤賢治、梅田勝比呂、永尾渉、水野大介
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      大阪大学
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      大阪大学
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      2017-03-18
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      北海道大学
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      大阪大学
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      2017-03-17
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    • Place of Presentation
      京都大学 基礎物理学研究所
    • Year and Date
      2017-03-09
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      西澤賢治、水野大介
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      細胞競合・ダイイングコード合同若手WS
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      コスモスクエア国際交流センター
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      2017-01-17
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      永尾 渉
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      細胞競合・ダイイングコード合同若手WS
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      コスモスクエア国際交流センター
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      2017-01-17
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  • [Presentation] Mechanical properties of cytoskeletal networks measured by dual-feedback microrheology2016

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      本田菜月
    • Organizer
      IPC2016(第11回国際高分子学会)
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      福岡国際会議場
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      棚町昴平
    • Organizer
      IPC2016(第11回国際高分子学会)
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場
    • Year and Date
      2016-12-15
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    • Organizer
      IPC2016(第11回国際高分子学会)
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場
    • Year and Date
      2016-12-15
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Micro-rheology under hedrogel under external mechanical loading2016

    • Author(s)
      荻原 僚
    • Organizer
      IPC2016(第11回国際高分子学会)
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場
    • Year and Date
      2016-12-15
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  • [Presentation] FDT violation and Non-Gaussian Glassy Dynamics in Active Systems2016

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      D. Mizuno
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      workshop on "Stochasticity and Fluctuations in Small Systems"
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      POSCO International Center, Korea
    • Year and Date
      2016-11-30
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 非平衡系としての生き物の揺らぎと力学特性2016

    • Author(s)
      水野大介
    • Organizer
      東大物性研 機能物性セミナー
    • Place of Presentation
      東京大学 物性研究所
    • Year and Date
      2016-11-28
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    • Invited
  • [Presentation] Non-equilibrium dissipation of kinesin2016

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      有賀隆行
    • Organizer
      第54回生物物理学会
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場
    • Year and Date
      2016-11-26
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  • [Presentation] Intracellular crowding mechanics driven by athermal force2016

    • Author(s)
      西澤賢治、水野大介
    • Organizer
      第54回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場
    • Year and Date
      2016-11-25
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  • [Presentation] The dynamics of Intracellular Environments dring Cell-cycle progression2016

    • Author(s)
      梅田勝比呂
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      第54回生物物理学会
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場
    • Year and Date
      2016-11-25
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  • [Presentation] mechanical properties of cytoskeletons measured with dual-feedback microrheology2016

    • Author(s)
      本田菜月
    • Organizer
      第54回生物物理学会
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      つくば国際会議場
    • Year and Date
      2016-11-25
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  • [Presentation] Non-Gaussian glassy dynamics in living cells and cytoskeletons2016

    • Author(s)
      水野大介
    • Organizer
      International Workshop on "Hydrodynamic Flows in/of Cells"Hydrodynamic Flows of cells
    • Place of Presentation
      Tokyo Metropolitan University, Bulding 8, Room 303
    • Year and Date
      2016-11-25
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  • [Presentation] Rheology and fluctuations in active bacterial hydrogel2016

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      棚町昴平
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      Tokyo Metropolitan University, Bulding 8, Room 303
    • Year and Date
      2016-11-24
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  • [Presentation] 細胞骨格のマイクロレオロジー2016

    • Author(s)
      荻原 僚
    • Organizer
      第64回レオロジー討論会・発表表題大阪大学
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      2016-10-29
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  • [Presentation] Microrheology of Living Cells with Cell-cycle progression2016

    • Author(s)
      梅田勝比呂
    • Organizer
      第64回レオロジー討論会
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      2016-10-28
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  • [Presentation] 細胞内部の混み合いガラス状態と非熱的な力学駆動2016

    • Author(s)
      西澤賢治、水野大介
    • Organizer
      第6回ソフトマター研究会
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      北海道大学
    • Year and Date
      2016-10-24
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  • [Presentation] 非熱的に駆動されたソフトマターの非平衡状態としての細胞内部環境2016

    • Author(s)
      水野大介
    • Organizer
      第56回生物物理若手の会 夏の学校
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      支笏湖ユー スホステル(北海道)
    • Year and Date
      2016-09-04
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    • Author(s)
      水野大介
    • Organizer
      異常拡散現象をめぐる最近の進展(招待)
    • Place of Presentation
      慶応大学 日吉キャンパス 来往舎シンポジウムスペース
    • Year and Date
      2016-08-31
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    • Invited
  • [Presentation] 細胞周期と細胞力学2016

    • Author(s)
      梅田勝比呂
    • Organizer
      第4回新学術領域細胞競合班会議
    • Place of Presentation
      東京大学 本郷キャンパス
    • Year and Date
      2016-08-30
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  • [Presentation] Glass-like behavior of in vitro and living cytoplasm2016

    • Author(s)
      Daisuke Mizuno
    • Organizer
      Mechanobiology - Mechanisms of force sensation and transduction that control cell behavior in health and disease
    • Place of Presentation
      Het Trippenhuis, Amsterdam, The Netherlands
    • Year and Date
      2016-03-23
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  • [Presentation] High‐frequency affine mechanics of locally stressed cytoskeletons2016

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      Daisuke Mizuno
    • Organizer
      Mechanobiology - Mechanisms of force sensation and transduction that control cell behavior in health and disease
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      Het Trippenhuis, Amsterdam, The Netherlands
    • Year and Date
      2016-03-22
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  • [Presentation] Dual-feedback microrheology in cytoskeletal networks2016

    • Author(s)
      Natsuki Honda, Kenji Nishizawa, Takayuki Ariga, and Daisuke Mizuno
    • Organizer
      APS March Meeting 2016
    • Place of Presentation
      Baltimore, USA
    • Year and Date
      2016-03-17
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 細胞のマイクロレオロジーとずり場印可装置の開発2016

    • Author(s)
      荻原 僚 梅田勝比呂、西澤賢治、水野大介
    • Organizer
      第5回 細胞競合コロキウム
    • Place of Presentation
      北海道大学医学部フラテホール
    • Year and Date
      2016-03-16
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  • [Presentation] 非平衡ゲルにおける非ガウス揺らぎの数値解析2016

    • Author(s)
      棚町昂平、棚町昂平、Heev Ayade、Irwin zaid、水野大介
    • Organizer
      揺らぎと構造 第2回若手勉強会「ソフトマター若手勉強会」
    • Place of Presentation
      東京大学検見川セミナーハウス
    • Year and Date
      2016-03-10
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  • [Presentation] Non-Gaussian limit distributions out of truncated power-law interactions2016

    • Author(s)
      Daisuke Mizuno
    • Organizer
      One-day meeting on non-Gaussian fluctuation
    • Place of Presentation
      京都大学 基礎物理学研究所
    • Year and Date
      2016-02-22
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    • Author(s)
      栗原 喬、Irwin zaid、水野大介
    • Organizer
      アクティブマター研究会2016
    • Place of Presentation
      九州大学箱崎キャンパス
    • Year and Date
      2016-01-22
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      棚町昂平、棚町昂平、Heev Ayade、Irwin zaid、水野大介
    • Organizer
      アクティブマター研究会2016
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      2016-01-22
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      本田菜月, 西澤賢治, 有賀隆行, 水野大介
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      第5回ソフトマター研究会
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      2015-12-08
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      棚町昂平、Heev Ayade、Irwin zaid、水野大介
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      九州工業大学 戸畑キャンパス
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      水野大介
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      Daisuke Mizuno
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      京都大学 芝蘭会館
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  • [Presentation] Microrheology towards the characterization of forces and mechanics in living cells2015

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      Daisuke Mizuno
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      第26回CDBミーティングMechanistic Perspectives of Multicellular Organization
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      Kobe, Japan
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      2015-09-08
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      Kyoto, Japan
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      2015-08-22
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Microrheology Study of Molecular Crowding Effect in Cells2015

    • Author(s)
      K. Nishizawa (Kyushu Univ.), K. Fujiwara (Keio Univ.), N. Nakajo (Kyushu Univ.), M. Yanagisawa (Tokyo Univ. of Agri. and Tech.), D. Mizuno (Kyushu Univ.)
    • Organizer
      International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2015
    • Place of Presentation
      Kyoto, Japan
    • Year and Date
      2015-08-22
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Dual-feedback microrheology in cytoskeletal networks2015

    • Author(s)
      Natsuki Honda, Kenji Nishizawa, Takayuki Ariga, Taiki Yanagishima, and Daisuke Mizuno
    • Organizer
      International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2015
    • Place of Presentation
      Kyoto, Japan
    • Year and Date
      2015-08-21
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Non-equiliblium energy measurement of molecular motor kinesin2015

    • Author(s)
      T. Ariga, M. Tomishige, D. Mizuno
    • Organizer
      International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2015
    • Place of Presentation
      Kyoto, Japan
    • Year and Date
      2015-08-20
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Microrheology study of crowding and glassy like behavior in cells2015

    • Author(s)
      )K. Nishizawa (Kyushu Univ.), K. Fujiwara (Keio Univ.), N. Nakajo (Kyushu Univ.), M. Yanagisawa (Tokyo Univ. of Agri. and Tech.), D. Mizuno (Kyushu Univ.)
    • Organizer
      Enrico Fermi Summer School “Soft Matter Self-Assembly"
    • Place of Presentation
      イタリア ローマ
    • Year and Date
      2015-07-02
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 分子モーターキネシンの非平衡エネルギー計測2015

    • Author(s)
      有賀隆行、富重道雄、水野大介
    • Organizer
      ゆらぎと構造の協奏第2回公開シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京都文京区
    • Year and Date
      2015-04-30
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Remarks]

    • URL

      http://bio2.phys.kyushu-u.ac.jp/

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://sleipnir.sci.kyushu-u.ac.jp/mizuno/index.html

    • Related Report
      2015 Annual Research Report

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Published: 2015-04-16   Modified: 2018-03-28  

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