Understanding for cell diversity from hematopetic stem cell

• Project Area: Integrated analysis and regulation of cellular diversity
• Project/Area Number: 18H05103
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 岩見 真吾 九州大学, 理学研究院, 准教授 (90518119)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2019: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2018: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
• Keywords: 数理モデル / 移植データ / 数理モデル型アプローチ / 定量的データ解析 / データ解析

Outline of Annual Research Achievements

造血幹細胞移植では、致死量放射線照射によりレシピエントマウスの造血幹細胞は消失している。従って、細胞移植直後で造血能力を再構築する段階では、細胞数が少なく、細胞分裂のランダム性により細胞数の変化が大きく変動している可能性がある。微分方程式は平均的な細胞数の変化動態を記述しているため、ギレスピーアルゴリズムを用いて微分方程式の確率シミュレーションを実施した。また、開発したABMを用いてランダム性を比較する指標も導出する。そして、実験で観測されるランダム性が選択された数理モデルにより説明できるかを検証した。この様なサイクルを通じて、免疫系譜再構築実験データを定量的に再現できる血液細胞産生のシミュレータを開発した。さらに、網羅的なコンピュータシミュレーションにより各細胞の履歴を追跡することで、ロバスト性に対するバイパス経路の意義を明確にできた。また、“疾病状態”をシミュレートすることで、ロバスト性が維持される機構を分析した。今後、得られた知見は、造血幹細胞1細胞移植により造血系が回復したマウスに出血や感染によるストレスを与えるといった摂動実験を行うことで確認・検証する。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] INSERM(フランス)
• [Int'l Joint Research] Oxford University/Imperial College of London(英国)
• [Int'l Joint Research] UNSW(オーストラリア)
• [Int'l Joint Research] Pusan University(韓国)
• [Int'l Joint Research] Los Alamos National Laboratory/Indiana University/Stanford University(米国)
• [Int'l Joint Research] INSERM(フランス)
• [Int'l Joint Research] Oxford University/Imperial College of London(英国)
• [Int'l Joint Research] UNSW(オーストラリア)
• [Int'l Joint Research] Pusan University(韓国)
• [Int'l Joint Research] Los Alamos National Laboratory(米国)
• [Journal Article] The machinery for endocytosis of epidermal growth factor receptor coordinates the transport of incoming hepatitis B virus to the endosomal network. (2020)
  • Author(s): Iwamoto M, Saso W, Nishioka K, Ohashi H, Sugiyama R, Ryo A, Ohki M, Yun JH, Park SY, Ohshima T, Suzuki R, Aizaki H, Muramatsu M, Matano T, Iwami S, Sureau C, Wakita T, Watashi K
  • Journal Title: J Biol Chem Volume: 295 Issue: 3 Pages: 800-807
  • DOI: 10.1074/jbc.ac119.010366
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Revealing uninfected and infected target cell dynamics from peripheral blood data in highly and less pathogenic simian/human immunodeficiency virus infected Rhesus macaque (2019)
  • Author(s): A. Hara, S. Iwanami, Y. Ito, T. Miura, S. Nakaoka and S. Iwami
  • Journal Title: Journal of Theoretical Biology Volume: 479 Pages: 29-36
  • DOI: 10.1016/j.jtbi.2019.07.005
  • Peer Reviewed
• [Presentation] How IFN-α changes cccDNA decay rate in HBV infection (2019)
  • Author(s): Shingo Iwami
  • Organizer: The 4th Workshop on Virus Dynamics in Paris
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mathematical modeling and quantifying virus dynamics in cell culture (2019)
  • Author(s): Shingo Iwami
  • Organizer: ICIAM 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] １造血幹細胞移植実験の数理モデル型定量的データ解析アプローチ (2019)
  • Author(s): 岩見真吾
  • Organizer: 日本生化学会
  • Invited