隣接する細胞集団間に働く力学とパターン形成

• Project Area: From molecules, cells to organs : trans-hierarchical logic for higher-order pattern and structures
• Project/Area Number: 23127513
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 杉村 薫 京都大学, 物質ー細胞統合システム拠点, 助教 (50466033)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000); Fiscal Year 2012: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2011: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
• Keywords: 形態形成 / 力 / ショウジョウバエ / アクチン

Outline of Annual Research Achievements

細胞集団の協調的振る舞いが引き起こす形態形成を理解するためには、細胞集団に働く力の定量化が必須である。平成24年度は、開発した力のベイズ推定法（Ishihara and Sugimura, 2012）について、その正確性と安定性の比較評価を行った。その結果、比較検討した3つの手法の中で、我々の力のベイズ推定法が最も正確で、かつ、画像解析エラーなどに対する安定であることがわかった (Ishihara et al., 2013; Sugimura et al., 2013)。上記の力推定法では細胞接着面を直線として取り扱っているが、細胞接着面の曲率と力の関係（ラプラス則）を考慮することで、逆問題が未決定から過決定になる。そこで、細胞接着面の曲率を考慮した、新しい力推定法を開発した。細胞接着面の曲率の大きさは組織や発生段階ごとに異なるので、力のベイズ推定法（Ishihara and Sugimura, 2012）と新しい力推定法のそれぞれが、個体発生の異なる局面の力学制御の解明に貢献できると期待される。
細胞集団の協調的振る舞いが引き起こすパターン形成として、ショウジョウバエの上皮組織の細胞競合に注目した。これまでのタイムラプス画像データ（Ohsawa et al., 2012）と比較して、より定量性の高いデータを得られるようになった。タイムラプス画像データに力推定法を適用し、推定した力の動態と細胞分裂、細胞死、細胞形態変化などの細胞レベルの動態の関係の解明に取り組んだ。

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。

Research Products

• [Journal Article] Comparative study of non-invasive force and stress inference in tissue (2013)
  • Author(s): S Ishihara, K Sugimura, S J Cox I. Bonnet, Y Bellaïche, F Graner
  • Journal Title: Eur. Phys. J. E Volume: Vo.36:45 Issue: 4 Pages: 22-24
  • DOI: 10.1140/epje/i2013-13045-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Robustness of force and stress inference in an epithelial tissue. (2013)
  • Author(s): Kaoru Sugimura, Yohanns Bella#239;che, Francois Graner, Philippe Marcq, and Shuji Ishihara
  • Journal Title: Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc Volume: 未定
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 細胞のかたちから推定する“力”の場 生き物の形づくりをベイズ統計で解き明かす (2013)
  • Author(s): 石原 秀至, 杉村 薫
  • Journal Title: 実験医学 Volume: 31 Pages: 1232-1238
• [Journal Article] Bayesian inference of force dynamics during morphogenesis (2012)
  • Author(s): S Ishihara, K Sugimura
  • Journal Title: Journal of Theoretical Biology Volume: 313 Pages: 201-211
  • DOI: 10.1016/j.jtbi.2012.08.017
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Imaging cell competition in Drosophila imaginal discs. (2012)
  • Author(s): Shizue Ohsawa, Kaoru Sugimura, Kyoko Takino, and Tatsushi Igaki.
  • Journal Title: Methods in Enzymology Volume: 506 Issue: 12 Pages: 407-413
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0052649
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Non-autonomusapoptosis is triggered by local cell cycl eprogression during epithelial replacement in Drosophila (2011)
  • Author(s): Nakajima, Y-I, Kuranaga, E., Sugimura, K., Miyawaki, A., and Miura, M.
  • Journal Title: Mol. Cell Biol Volume: 31 Issue: 12 Pages: 2499-2512
  • DOI: 10.1128/mcb.01046-10
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Bayesian inference of force dynamics during morphogenesis (2013)
  • Author(s): Kaoru Sugimura
  • Organizer: RSC-iCeMS International Symposium “Cell-Material Integration and Biomaterials Science"
  • Place of Presentation: 京都府京都市
  • Year and Date: 2013-03-18
• [Presentation] Global Force Balance Promotes Ordering in Hexagonal Cell Packing (2013)
  • Author(s): Kaoru Sugimura
  • Organizer: The 10th NIBB-EMBL Symposium 2013
  • Place of Presentation: 愛知県岡崎市
  • Year and Date: 2013-03-17
• [Presentation] Cell population-level Mechanical Control of Hexagonal Cell Packing (2013)
  • Author(s): Kaoru Sugimura
  • Organizer: The 23rd CDB Meeting "Building multicellular systems from Cellular Cross-Talk"
  • Place of Presentation: 兵庫県神戸市
  • Year and Date: 2013-01-22
• [Presentation] Global Force Balance Promotes Ordering in Hexagonal Cell Packing (2013)
  • Author(s): Kaoru Sugimura
  • Organizer: iCeMS Symposium on Theoretical Computational Biology
  • Place of Presentation: 京都府京都市
  • Invited
• [Presentation] 細胞の押し合いへし合いによる生き物の形づくりを 統計学的方法論で解き明かす (2012)
  • Author(s): 杉村薫
  • Organizer: 第5回定量生物学の会年会
  • Place of Presentation: 東京都目黒区
  • Year and Date: 2012-11-23
• [Presentation] Cell population-level mechanical control of hexagonal cell packing (2012)
  • Author(s): Kaoru Sugimura
  • Organizer: 日独先端科学シンポジウム（JGFoS）
  • Place of Presentation: Potsdam, Germany
  • Year and Date: 2012-10-26
• [Presentation] The emergence of epithelial pattern through force-generating and force-responding properties of myosin (2012)
  • Author(s): Kaoru Sugimura
  • Organizer: 第50回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 愛知県名古屋市
  • Year and Date: 2012-09-22
  • Invited
• [Presentation] Estimating dynamics of forces during morphogenesis (2012)
  • Author(s): Kaoru Sugimura
  • Organizer: 第45回日本発生生物学会年会
  • Place of Presentation: 兵庫県神戸市
  • Year and Date: 2012-05-28
• [Presentation] 多細胞集団の応力場のパターンによる形態形成の制御メカニズム (2012)
  • Author(s): 杉村薫
  • Organizer: The 10th NIBB-EMBL Symposium 2013
  • Place of Presentation: 愛知県名古屋市
• [Presentation] Estimating the Dynamics of Forces during Morphogenesis (2012)
  • Author(s): Kaoru Sugimura
  • Organizer: The 10th RIKEN CDB symposium
  • Place of Presentation: 兵庫県神戸市
• [Presentation] Global Hexagonalization of Cells by Local Directional Remodeling of Cell Adhesion Surfaces (2011)
  • Author(s): Kaoru Sugimura
  • Organizer: The 1st Asia-Pacific Drosophila research conference
  • Place of Presentation: 台北, 台湾
• [Presentation] Estimating the Dynamics of Forces during Morphogenesis (2011)
  • Author(s): Kaoru Sugimura
  • Organizer: The 5th Mechanobiology Conference
  • Place of Presentation: シンガポール大学、シンガポール