画像解析と数理モデルの融合による形態形成制御機構の解明

• Project Area: Cell Community in early mammalian development
• Project/Area Number: 24116712
• 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: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 中里 研一 独立行政法人理化学研究所, 望月理論生物学研究室, 特別研究員 (70565085)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000); Fiscal Year 2013: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2012: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: 画像解析 / 発生生物学 / 統計解析 / 生物物理 / 発生・分化 / 自己組織化

Research Abstract

発生過程で機能的形態が実現されるメカニズムを解明するためには、形態形成における細胞の移動や細胞分裂、細胞死を同定し、そこに働く力や制御を理解することが必要である。本研究では、形態形成過程を捉えた3次元時間発展の動画から、細胞の移動や細胞分裂、細胞死を抽出する画像解析技術と、そこから細胞に働く制御を推測する数理モデル研究を融合させることにより、大変形における個々の細胞の役割を明らかにする。細胞集団の振る舞いを捉えた高精細な顕微鏡動画を画像解析することにより、一つ一つの細胞の動きを同定しその運動を明らかにする。また、細胞に働く制御について複数の可能性を考慮しながら、組織レベルの形態形成と整合性が取れる機構を探していく数理モデル研究を展開することで、発生生物学的に未解明の形態形成機構を探る。
25年度はマウス胎生6日胚における細胞移動について、基礎生物学研究所の野中茂紀准教授と共同研究を引き続き推進した。特にDSLMで得た胎生6.5日胚のライブ画像を対象とした画像解析技術に焦点をあてた学術論文をまとめた。論文はNature Protocolsに掲載された。また東京大学の三浦正幸教授、山口良文助教とマウス神経管形成における細胞動態を解析した。この研究でもライブイメージングによって得た画像の解析を行った。得られた結果は学術論文にまとめ、Developmental Cellに掲載された。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Live imaging and quantitative analysis of gastrulation in mouse embryos using light-sheet microscopy and 3D tracking tools (2014)
  • Author(s): Takehiko Ichikawa, Kenichi Nakazato, Philipp J Keller, Hiroko Kajiura-Kobayashi, Ernst H K Stelzer, Atsushi Mochizuki & Shigenori Nonaka
  • Journal Title: Nature Protocols Volume: 9 Issue: 3 Pages: 575-585
  • DOI: 10.1038/nprot.2014.035
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Local apoptosis modulates early mammalian brain development through the elimination of morphogen producing cells. (2013)
  • Author(s): Nonomura, K., Yamaguchi, Y., Hamachi, M., Koike, M., Uchiyama, Y., Nakazato, K., Mochizuki, A., Sakaue-Sawano, A., Miyawaki, A., Yoshida, H., Kuida, K., and Miura, M.
  • Journal Title: Dev. Cell Volume: 27 Issue: 6 Pages: 621-634
  • DOI: 10.1016/j.devcel.2013.11.015
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Kinetic analysis and live imaging of whole mouse embryo (2012)
  • Author(s): 中里研一
  • Organizer: Joint meeting of JSDB 45th JSCB 64th
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場
  • Year and Date: 2012-05-28