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肺の枝分かれ構造形成における細胞集団運動のメカニズムの解明

Publicly Offered Research

Project AreaCross-talk between moving cells and microenvironment as a basis of emerging order in multicellular systems
Project/Area Number 23111514
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 (2012)
Kyoto University (2011)

Principal Investigator

三浦 岳  九州大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (10324617)

Project Period (FY) 2011-04-01 – 2013-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2012)
Budget Amount *help
¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000)
Fiscal Year 2012: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2011: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Keywords肺 / 枝分れ形成 / 数理モデル / FGF10 SHH / イメージング / 拡散ダイナミクス / 細胞集団運動 / FGF10 / 濃度勾配
Outline of Annual Research Achievements

哺乳類胎児肺は、枝分れ構造を形成する。この枝分れ構造の形成時に、肺の上皮はシート状の組織構造を保ったまま移動する。細胞の運動に使われる遺伝子群と、細胞シートの組織構造を保つために使われる遺伝子群は共通のため、どのようにして細胞が上皮シートのまま運動するのかは謎なままであった。我々はまず、上皮の先端が間葉となって残りの組織を牽引している可能性を考え、上皮間葉転換のマーカーで発生段階の胎児肺の免疫染色を行った。しかし、枝分れ構造を形成している最中の肺の上皮でも、上皮間葉転換を示す聴講は全く見られなかった。次に我々は、生体内での肺の上皮組織を単離した肺上皮細胞の一部の細胞骨格を可視化することで、細胞の基底膜側で実際には葉状仮足が伸びて動いていることを見いだした。さらに、伸長する肺上皮の周辺部でのゲルの変形を観察することで、伸長する肺上皮の側面が実際には力学的な推進力を生み出していることを明らかにした。
また、この運動を誘導する細胞外のシグナル因子であるFGF10の蛍光蛋白を作製し、その拡散ダイナミクスを Matrigel 内、組織内で計測した。Matrigel 内での拡散はモデルで予測しているのとほぼ同じ早さだったが、生体の間葉組織内ではFGF10はほとんど拡散しないことが明らかになった。生体内の場合、FGF10の分布はタンパク質とmRNAでほとんど変わらないことがわかったため、FGF10そのものの拡散ではなく、一つ上流の因子の濃度勾配によって形態形成が起こることがわかった。
これらの実験および数理解析は、肺の枝分れ形成の基本メカニズムの解明という意味で科学的な意義が大きい。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2013 2012 2011

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (11 results) (of which Invited: 4 results)

  • [Journal Article] Modeling lung branching morphogenesis2013

    • Author(s)
      Miura T
    • Journal Title

      Biological Theories

      Volume: In Press

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Journal Article] Turing vs. Wolpert 反応拡散系によるパターン形成研究の応用の系譜2012

    • Author(s)
      三浦 岳
    • Journal Title

      現代思想

      Volume: 40 Pages: 210-221

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Journal Article] Modeling periodic aspect of limb pattern formation2012

    • Author(s)
      Miura T
    • Journal Title

      Forma

      Volume: (in press)

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fiber components ofthe shoulder superior labrum.2012

    • Author(s)
      Arai R, Kobayashi M, Toda Y, Nakamura S,Miura T, Nakamura T.
    • Journal Title

      Surg RadiolAnat.

      Volume: 34(1) Issue: 1 Pages: 49-56

    • DOI

      10.1007/s00276-011-0840-8

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 上皮細胞の極性を用いたin vitroにおける三次元組織構造形成2011

    • Author(s)
      三浦岳
    • Journal Title

      数理研講究録

      Volume: 1,748 Pages: 125-133

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] フェーズフィールド法を用いた肺の枝分かれ構造形成のモデル化2012

    • Author(s)
      三浦岳
    • Organizer
      日本解剖学会
    • Place of Presentation
      甲府大学(山梨)(招待講演)
    • Year and Date
      2012-03-26
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  • [Presentation] Turingパターンにおけるパターンの精度と生成速度の関係2012

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      平賀顕一、三浦岳
    • Organizer
      定量生物学の会
    • Place of Presentation
      名古屋大学(名古屋)
    • Year and Date
      2012-01-07
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      三浦 岳
    • Organizer
      Turing Symposium on Morphogenesis --Mathematical Approaches Sixty Years after Alan Turing
    • Place of Presentation
      仙台
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  • [Presentation] 肺の枝分れ構造の生成メカニズム2012

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      三浦 岳
    • Organizer
      理論と実験シンポジウム
    • Place of Presentation
      広島
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  • [Presentation] 生物の形づくりのモデリング:プロトタイピング言語としての Mathematica2012

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      三浦 岳
    • Organizer
      ウルフラムリサーチシンポジウム
    • Place of Presentation
      熊本
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    • Invited
  • [Presentation] Modeling lung branching morphogenesis2012

    • Author(s)
      三浦 岳
    • Organizer
      Drunken Lake Seminar(国立台湾大学)
    • Place of Presentation
      台北
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  • [Presentation] ”Visualizing morphogen diffusion dynamics during lung branching morphogenesis in vitro.2012

    • Author(s)
      三浦 岳
    • Organizer
      発生生物学会
    • Place of Presentation
      神戸
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  • [Presentation] How well does Turing's theory of morphogenesis work?2011

    • Author(s)
      Miura T
    • Organizer
      数理研研究集会「生物数学の理論とその応用」
    • Place of Presentation
      数理解析研究所(京都)
    • Year and Date
      2011-11-15
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  • [Presentation] 上皮間葉間相互作用による肺の枝分かれ構造形成2011

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      三浦岳
    • Organizer
      日本数理生物学会
    • Place of Presentation
      明治大学(東京)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-09-13
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      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Modeling lung branching morphogenesis via epithelial-mesenchymal interaction2011

    • Author(s)
      Miura T
    • Organizer
      SDB annual meeting
    • Place of Presentation
      Chicago (USA)
    • Year and Date
      2011-07-21
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      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Modeling lung branching morphogenesis via epithelial-mesenchyraal interaction2011

    • Author(s)
      Miura T
    • Organizer
      第44回日本発生生物学会
    • Place of Presentation
      沖縄コンベンションセンター(沖縄)
    • Year and Date
      2011-05-20
    • Related Report
      2011 Annual Research Report

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Published: 2011-04-06   Modified: 2018-03-28  

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