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動物胚発生過程におけるシグナル伝達の頑強性の定量的理解

Publicly Offered Research

Project AreaInformation physics of living matters
Project/Area Number 22H04845
Research Category

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

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Complex systems
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

龝枝 佑紀  大阪大学, 微生物病研究所, 助教 (20770514)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Keywords細胞競合 / Wntシグナル / ゼブラフィッシュ / 胚発生 / イメージング / モルフォゲン
Outline of Research at the Start

動物の胚発生・組織再生はシグナル伝達によって制御され、高い再現性で実行される。そのためには、シグナル情報は様々なノイズが存在しても正確に伝わる仕組み(頑強性)を有する。しかし、実際の生きた動物個体内の組織におけるシグナル伝達の頑強性の実態は理解が進んでいない。本研究では、ゼブラフィッシュを用いてin vivoシグナル定量イメージング解析系によって得られた定量データと数理モデルなどによる物理学的アプローチにより“in vivoシグナル伝達の頑強性の設計原理”を解明することを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

動物の胚発生・組織再生はシグナル伝達によって制御され、高い再現性で実行される。そのためには、シグナル情報は様々なノイズが存在しても正確に伝わる仕組み(頑強性)を有する。しかし、実際の発生・再生過程の組織におけるシグナル伝達の頑強性の実体は理解が進んでいない。我々は、ゼブラフィッシュ胚におけるWntシグナルによる前後パターン形成をモデルとして、in vivoにおけるシグナル伝達の頑強性の実体解明を進め、開発したin vivoシグナル定量系と摂動誘導系を用いて、発生組織におけるシグナル伝達の頑強性の定量的理解を目指し、”in vivoシグナル伝達の頑強性の設計原理”を解明し、「生命の情報物理学という
生物学と物理学の間の新たな学際領域の開拓」を目指す。そのために、以下の計画によって研究を遂行した。
計画(1) シグナル勾配の軽微なノイズに対する修復機構の解明:Wntシグナル異常を持つ細胞を導入してシグナル勾配にノイズを引き起こし、シグナル異常細胞及び隣接細胞群におけるWntシグナル活性の動態やこれら細胞群の移動・形態変化等をリアルタイム解析し、細胞死以外にも細胞移動などによる修復プロセスを明らかにした。
計画(2) シグナル勾配のノイズ修復方法を決定するノイズ強度の閾値の定量解析:「異常細胞と隣接細胞のWntシグナル活性差」と「異常細胞の細胞死」の連を定量解析する。これにより、細胞死を介した修復と介さない修復のどちらを選択するかの閾値となるノイズ強度を解明する。細胞死によるノイズ修復と細胞移動によるノイズ修復は相互補完的な関係であることが分かった。
計画(3) ノイズ修復方法を決定するノイズ強度と細胞間相互作用の関係の定量解析:細胞間張力などの物理学的性質を定量する。細胞間張力などの関与が明らかにされた。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2023 2022

All Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Calcium sparks enhance the tissue fluidity within epithelial layers and promote apical extrusion of transformed cells2022

    • Author(s)
      Kuromiya K, Aoki K, Ishibashi K, Yotabun M, Sekai M, Tanimura N, Iijima S, Ishikawa S, Kamasaki T, Akieda Y, Ishitani T, Hayashi T, Toda S, Yokoyama K, Lee CG, Usami I, Inoue H, Takigawa I, Gauquelin E, Sugimura K, Hino N, Fujita Y
    • Journal Title

      Cell Reports

      Volume: 40 Issue: 2 Pages: 111078-111078

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2022.111078

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 異常なpH環境は細胞競合を介した細胞品質管理機構を破綻させる2023

    • Author(s)
      龝枝 佑紀、石谷 太
    • Organizer
      第75回日本細胞生物学会大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 細胞競合は胚発生で自然発生するゲノムエラー細胞を除去する2023

    • Author(s)
      龝枝 佑紀、石谷 太
    • Organizer
      細胞コミュニケーション研究会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 異常なpH環境は細胞競合を介した細胞品質管理機構を破綻させる2022

    • Author(s)
      龝枝 佑紀, 石谷 太
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会年会(日本生物物理学会共催)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Abnormal pH environment interrupts cell competition-mediated developmental robustness2022

    • Author(s)
      Yuki Akieda, Tohru Ishitani
    • Organizer
      68th NIBB Conference Principles of Cell Communication in Tissue
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Abnormal pH environment interrupts cell competition-mediateddevelopmental robustness2022

    • Author(s)
      Yuki Akieda, Tohru Ishitani
    • Organizer
      17回生命医科学研究所ネットワーク国際シンポジウム・金沢国際がん生物学シンポジウム(合同開催)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Abnormal pH environment interrupts cell competition-mediated developmental robustness2022

    • Author(s)
      Yuki Akieda, Tohru Ishitani
    • Organizer
      第28回小型魚類研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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