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Mathematical analysis of cell competition: Differential fitness-driven multicellular mechanics

Publicly Offered Research

Project AreaCell competition: a mechanism for survival of the fittest in the multi-cellular community
Project/Area Number 17H05619
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 InstitutionOsaka University

Principal Investigator

藤本 仰一  大阪大学, 理学研究科, 准教授 (60334306)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000)
Fiscal Year 2018: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2017: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Keywords数理モデル / 細胞競合 / トポロジー / メカノバイオロジー / 前がん細胞 / 恒常性 / 上皮 / 腫瘍 / イメージング / 力学 / 細胞社会 / システム生物学
Outline of Annual Research Achievements

昨年までに見出した勝者細胞の選択的な面積拡大を、他の細胞競合系でも検証した。興味深いことに、RasV12活性化細胞が勝者となる細胞競合のライブ観察を行った結果、これら一連の仕組み(死細胞の形に依存したintercalationの方向制御を介した勝者細胞の代償的拡大)が共通して現れた。上皮組織に共通するcell intercalationを介して、勝者細胞の面積拡大に有利な形で細胞間の隣接関係が変化し、細胞死で失われた領地を埋めることが、YkiおよびRas V12細胞競合で示された。腫瘍が空間的な制約を受けつつも急速にその領地を広げる原理の理解につながるであろう。
これらの知見まとめて領域内3つの班との共著論文として、査読付き国際英文誌に投稿し、出版へと至った。掲載雑誌で、この論文はハイライトされ、さらにはMost Downloaded articlesへ4ヶ月に渡り掲載された。プレスリリースの反響も大きい。朝日新聞や日刊工業新聞など国内外の多数のメディアで、細胞の隣接関係の再配置による前がん細胞の拡大などの成果が紹介された。
上述の競合系とは逆に、変異細胞が正常上皮組織から逸脱する場合には、逸脱する頂底軸の方向が組織の運命を大きく左右する。多くの脊椎動物上皮では、頂端側へ逸脱する変異細胞は生体外に排出され、組織の恒常性が維持される。一方で、基底膜側へ逸脱する変異細胞は、基底膜付近に留まり腫瘍化しうる。奥田覚博士との共同研究を通じて、この本質的に3次元の細胞配置換えを理論的に解析した。その結果、細胞密度がある閾値を超えると配置換えが力学的に不安定化することを発見した。さらに、不安定化した後に細胞の逸脱方向を調節する細胞の幾何学特性(隣接する細胞の数)や力学特性を網羅的に同定した。この成果を国際英文誌へ投稿した。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2018 2017 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Competition for Space Is Controlled by Apoptosis-Induced Change of Local Epithelial Topology2018

    • Author(s)
      Tsuboi Alice、Ohsawa Shizue、Umetsu Daiki、Sando Yukari、Kuranaga Erina、Igaki Tatsushi、Fujimoto Koichi
    • Journal Title

      Current Biology

      Volume: 28 Issue: 13 Pages: 2115-2128

    • DOI

      10.1016/j.cub.2018.05.029

    • NAID

      120006491713

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 前がん細胞が正常細胞の領地へ拡大して占拠するしくみ - 予測と検証.2018

    • Author(s)
      坪井有寿, 藤本仰一.
    • Journal Title

      実験医学

      Volume: 36(19) Pages: 3282-3285

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Journal Article] Inference of Cell Mechanics in Heterogeneous Epithelial Tissue Based on Multivariate Clone Shape Quantification2017

    • Author(s)
      Tsuboi Alice、Umetsu Daiki、Kuranaga Erina、Fujimoto Koichi
    • Journal Title

      frontiers in Cell and Developmental Biology

      Volume: 5 Pages: 1-16

    • DOI

      10.3389/fcell.2017.00068

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Cell competition for space is controlled by apoptosis-induced change of local epithelial topology.2018

    • Author(s)
      Koichi Fujimoto, Alice Tsuboi.
    • Organizer
      2018 ICTS Workshop on Cellular Dynamics and Microbiome Studies (Hong Kong).
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Competition for space is controlled by apoptosis-induced change of local epithelial topology.2018

    • Author(s)
      Koichi Fujimoto, Alice Tsuboi.
    • Organizer
      Quantitative Life Science Workshop (Seoul).
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Evo-Devoの数理;発展と未来.2018

    • Author(s)
      藤本仰一
    • Organizer
      日本進化学会第20会大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 細胞死により空いた隙間をめぐる力学的な細胞競合.2017

    • Author(s)
      坪井有寿、大澤志津江、井垣達吏、藤本仰一
    • Organizer
      第69回日本細胞生物学会大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Remarks] 原著論文のプレスリリース

    • URL

      http://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2018/20180615_2

    • Related Report
      2018 Annual Research Report

URL: 

Published: 2017-04-28   Modified: 2019-12-27  

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