場と動きの共鳴から出現する多細胞ダイナミクスの解析

• Project Area: Cross-talk between moving cells and microenvironment as a basis of emerging order in multicellular systems
• Project/Area Number: 25111704
• 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 University of Tokyo
• Principal Investigator: 澤井 哲 東京大学, 総合文化研究科, 准教授 (20500367)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥18,200,000 (Direct Cost: ¥14,000,000、Indirect Cost: ¥4,200,000); Fiscal Year 2014: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2013: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000)
• Keywords: 走化性 / 粘菌 / cAMP / 適応応答 / 生体生命情報学 / 自己組織化 / シグナル伝達 / 生物物理

Outline of Annual Research Achievements

粘菌細胞の集合は、静的なcAMP勾配ではなく、cAMPの動的な進行波への誘引によって引き起こされている。細胞が受ける空間的な勾配は常に一定ではなく、波が細胞を通過するごとに勾配の方向が反転してしまう。空間勾配を検知するだけでは、繰り返し反転する場に対して細胞は行ったり来たりしてしまい、一方向に進むことが難しいはずと考えられている。昨年度までの解析により、我々は、微小流路を用いて進行波刺激を再現する系を構築し、3分から10分で通過するcAMP波に対してのみ、波がやってくる方向へ一方向移動し、このことが濃度の時間変化が減少である際がフィルターアウトされる特性に由来していることを明らかにした。今年度は、この問題を引き継ぐかたちで、粘菌の集合ステージの後期における運動に注目し、これまでに明らかにしてきたフィルター特性では説明つかないことを明らかにした。とくに、細胞間接着の様式の重要性に着目し、微小流路系の勾配チャンバーの改良を進め、細胞の極性形成とその維持に関わる動態について詳しく解析した。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Rectified directional sensing in long-range cell migration (2014)
  • Author(s): Akihiko Nakajima, Shuji Ishihara, Daisuke Imoto, and Satoshi Sawai
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 5 Issue: 1
  • DOI: 10.1038/ncomms6367
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Phosphorylation of chemoattractant receptors regulates chemotaxis, actin reorganization and signal relay. (2013)
  • Author(s): Brzostowski, J. A., Sawai, S., Rozov, O., Liao, X., Imoto, D., Parent, C. A., Kimmel. A. R.
  • Journal Title: J. Cell. Sci. Volume: 126(20) Pages: 4614-4626
  • DOI: 10.1242/jcs.122952
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Design Principle of Group-level Decision Making in Cell Populations (2013)
  • Author(s): Koichi Fujimoto, Satoshi Sawai
  • Journal Title: PLoS Comp. Biol. Volume: 9 (6) Issue: 6 Pages: e1003110-e1003110
  • DOI: 10.1371/journal.pcbi.1003110
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Collective movement of ameboid cells driven by attachment-dependent ordering of directionality (2015)
  • Author(s): Satoshi Sawai
  • Organizer: Focus Meeting of the Kyoto Winter School for Statistical Mechanics: From Non-equilibrium Fluctuations to Active Matter
  • Place of Presentation: 京都大学益川ホール(京都府京都市)
  • Year and Date: 2015-02-16
  • Invited
• [Presentation] Integration of space and time information in long-range (2015)
  • Author(s): Satoshi Sawai
  • Organizer: The 59th Annual Biophysical Society Meeting Symposium “Emergent Properties and Collective Behaviors of Complex Systems”
  • Place of Presentation: Baltimore Convention Center（米国Baltimore MD)
  • Year and Date: 2015-02-08
  • Invited
• [Presentation] 細胞運動にみる興奮性の時空間ダイナミクス (2014)
  • Author(s): 澤井 哲
  • Organizer: 国際高等研究所研究プロジェクト「分子基盤に基づく生体機能への揺らぎとダイナミックネットワークの解明」平成26年度第1回研究会
  • Place of Presentation: 国際高等研究所(京都府木津川市)
  • Year and Date: 2014-12-14
  • Invited
• [Presentation] 整流作用と細胞集合の協同性 (2014)
  • Author(s): 澤井 哲
  • Organizer: 第24回非線形反応と協同現象研究会
  • Place of Presentation: 東京電機大学東京千住キャンパス(東京都足立区)
  • Year and Date: 2014-12-06
  • Invited
• [Presentation] Collective migration and rectified directional sensing (2014)
  • Author(s): Satoshi Sawai
  • Organizer: Mechano-Biology Institute-Japan Joint Symposium on “Mechanobiology of Development and Multicellular Dynamics”
  • Place of Presentation: National Univ. of Singapore(シンガポール)
  • Year and Date: 2014-12-04
  • Invited
• [Presentation] Integration of temporal and spatial information in eukaryotic gradient sensing (2014)
  • Author(s): Satoshi Sawai
  • Organizer: 4th Symposium on Artificial Life and Biomimetic Functional Materials
  • Place of Presentation: 東京大学駒場キャンパス(東京都目黒区)
  • Year and Date: 2014-11-28
  • Invited
• [Presentation] 階層をつなぐ細胞ダイナミクス (2014)
  • Author(s): 澤井 哲
  • Organizer: 第23回日本バイオイメージング学会学術集会 シンポジウム1「生命･イメージング･データベース」
  • Place of Presentation: 大阪大学銀杏会館（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2014-09-04
  • Invited
• [Presentation] 生物の非平衡構造と時空間ダイナミクス (2014)
  • Author(s): 澤井 哲
  • Organizer: 日本物理学会科学セミナー「非平衡の世界-凝縮系から地震、経済、生命まで」
  • Place of Presentation: 東京大学駒場キャンパス(東京都目黒区)
  • Year and Date: 2014-08-07
  • Invited
• [Presentation] Cellular sensing of space and time (2014)
  • Author(s): 澤井 哲
  • Organizer: 京都大学 時空間情報イメージング拠点 平成26年度生命動態システム科学ジョイントコース「発生･細胞生物学･システム生物学コース」セミナー
  • Place of Presentation: 京都大学医学部記念講堂(京都府京都市)
  • Year and Date: 2014-04-25
  • Invited
• [Presentation] Resolving the ‘chemotactic wave paradox’ (2013)
  • Author(s): Akihiko Nakajima, Shuji Ishihara, Satoshi Sawai
  • Organizer: 7th International Conference on Engineering Complexity
  • Place of Presentation: Hotel Hone Dune（ヴァーミュエンデ、ロストック、ドイツ）
  • Invited
• [Presentation] Resolving front and back of ‘chemotactic wave paradox’ (2013)
  • Author(s): Satoshi Sawai
  • Organizer: International Symposium on Systems Biology of Cellular Signaling
  • Place of Presentation: 東京大学本郷キャンパス（東京都文京区、日本）
• [Presentation] How cells get together with right tempo and orientation -an example from social amoeba (2013)
  • Author(s): Akihiko Nakjiama and Satoshi Sawai
  • Organizer: The 61st NIBB conference Cellular community in mammalian embryogenesis
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター（愛知県岡崎市、日本）
  • Invited
• [Presentation] 走化性の場とリズム (2013)
  • Author(s): 澤井 哲
  • Organizer: 時間生物学会サテライトシンポジウム 「生物リズム現象の数理フロンティア」
  • Place of Presentation: 近畿大学東大阪キャンパス（大阪府東大阪市、日本）
  • Invited
• [Presentation] 細胞の運動性と走化性誘引場の自己組織化 (2013)
  • Author(s): 澤井 哲
  • Organizer: 大阪大学蛋白質研究所セミナー「細胞が集団になって初めて発現する機能」
  • Place of Presentation: 大阪大学吹田キャンパス（大阪府吹田市、日本）
  • Invited
• [Presentation] 細胞性粘菌の運動と細胞間シグナリングにおける自己組織化の役割 (2013)
  • Author(s): 澤井 哲
  • Organizer: 第36回分子生物学会年会ワークショップ「生命における自己組織化のメカニズム」
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市、日本）
  • Invited
• [Presentation] 細胞機能と自己組織化現象 (2013)
  • Author(s): 澤井 哲
  • Organizer: 理研細胞システムコロキアム
  • Place of Presentation: 理化学研究所和光キャンパス（埼玉県和光市、日本）
  • Invited
• [Presentation] Roles of actin polymerization in the collective cAMP oscillations（ポスター発表） (2013)
  • Author(s): 福神史仁、澤井 哲
  • Organizer: 日本生物物理学会第51会年会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都府京都市、日本）
• [Presentation] 細胞集団の cAMP 応答におけるアクチン重合の役割（ポスター発表） (2013)
  • Author(s): 福神史仁、澤井 哲
  • Organizer: 定量生物学の会 第6回年会
  • Place of Presentation: 大阪大学吹田キャンパス(大阪府吹田市、日本）
• [Presentation] Directional sensing and rectified cell motion towards temporally changing gradient（ポスター発表） (2013)
  • Author(s): Akihiko Nakajima, Shuji Ishihara, Daisuke Imoto, Satoshi Sawai
  • Organizer: 日本生物物理学会第51回年会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都府京都市、日本）
• [Book] 「細胞レベルと集団レベルの振動性」生体の科学< 2014年10月号, 65巻5号 (2014)
  • Author(s): 澤井 哲
  • Total Pages: 2
  • Publisher: 医学書院
• [Book] 「動く細胞の定量的動態解析」バイオ画像解析手とり足とりガイド, 青木一洋, 小林徹也編, 2章-10章 (2014)
  • Author(s): 澤井 哲, 福神史仁, 井元大輔, 中島昭彦
  • Total Pages: 13
  • Publisher: 羊土社
• [Book] 実験医学Vol 31(8) 「興奮系の自己組織化現象からみる細胞動態」 (2013)
  • Author(s): 澤井 哲, 石原 秀至, 中島 昭彦.
  • Publisher: 羊土社
• [Book] Engineering of Chemical Complexity (A. Mikhailov ed.), Collective decision-making and oscillatory behaviors in cell populations. (2013)
  • Author(s): Fujimoto, K., Sawai, S.
  • Publisher: World Scientific
• [Remarks] U-Tokyo Research 「細胞の「整流作用」? 粘菌が波を使って集まれる仕組み」
  • URL: http://www.u-tokyo.ac.jp/ja/utokyo-research/research-news/rectifying-property-dictates-aggregating-response-in-cellular-slime-mold/