かたちをつくる血管細胞の集団的ふるまいと制御系の理解

• Project Area: Cross-talk between moving cells and microenvironment as a basis of emerging order in multicellular systems
• Project/Area Number: 25111705
• 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: Kumamoto University (2014); The University of Tokyo (2013)
• Principal Investigator: 西山 功一 熊本大学, 医学部附属病院, 講師 (80398221)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000); Fiscal Year 2014: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2013: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: 血管新生 / 自己組織化 / 数理モデル / 分岐形成 / 細胞動態 / 発生・分化 / ライブイメージング / 細胞運動 / 定量評価

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、定量的な４次元動態解析、ならびに統計学的手法と数理生物学的手法により分岐形成を成立させる細胞メカニズムとその支配分子メカニズムを解明することを目的とした。
平成２６年度においては特に前年度までに得られてきた分岐現象の際の内皮細胞動態の定性的・定量的解析と数理モデルの構築、および数理モデルによる細胞・分メカニズムの解明を目指した。
前年度までに、新生血管の先端細胞の形態変化と運動変化が、直下の後続細胞の動態と密にリンクしていることが確認でき、分岐形成メカニズムを理解するキーステップとして、先端細胞と後続細胞の相互作用による先端細胞の動態制御機構を解明することが重要であることがわかってきた。したがって、平成２６年度は、それを可能とする構成的実験系の確立と数理モデルの構築を行った。
マウス大動脈から血管内皮細胞を酵素処理にて粗単離し培養増幅した後、CD3１をマーカーとして磁気分離装置にて内皮細胞を単離することができた。これまでに、粗単離した内皮細胞は血管新生能を有すること、つまり構成的的実験系が可能であることを、スフェロイドアッセイを用いた４次元動態解析にて確認できた。
また、これまでエージェント・ベースモデルを用いて数理モデルを構築してきたが、細胞形態変化や細胞間作用をより解析しやすくするために、共同研究者の協力のもとセルラ・ポッツモデルを用いたモデルを新たに構築する準備を進めた。
今後、上記の構成的実験系と数理モデルを連動させて、分岐形成メカニズムを担う先端細胞と後続細胞の細胞間作用の実体解明をさらに進める予定である。

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] Myocardium-derived angiopoietin-1 is essential for coronary vein formation in the developing heart (2014)
  • Author(s): Arita Y, Nakaoka Y, Matsunaga T, Kidoya H, Yamamizu K, Arima Y, Kataoka-Hashimoto T, Ikeoka K, Yasui T, Masaki T, Yamamoto K, Higuchi K, Park JS, Shirai M, Nishiyama K, Yamagishi H, Otsu K, Kurihara H, Minami T, Yamauchi-Takihara K, Koh GY, Mochizuki N, Takakura N, Sakata Y, Yamashita JK, Komuro I
  • Journal Title: Nat Commun Volume: 5 Issue: 1 Pages: 4452-4452
  • DOI: 10.1038/ncomms5552
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Endothelin regulates neural crest deployment and fate to form great vessels through D1x5/D1x6-independent mechanisms. (2013)
  • Author(s): Kim KS, Arima Y, Kitazawa T, Nishiyama K, Asai R, Uchijima Y, Sato T, Levi G, Kitanaka S, Igarashi T, Kurihara Y, Kurihara H.
  • Journal Title: Mechanism of Development Volume: 130 Issue: 11-12 Pages: 553-566
  • DOI: 10.1016/j.mod.2013.07.005
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Resistin-Like Molecule β Is Abundantly Expressed in Foam Cells and Is Involved in Atherosclerosis Development. (2013)
  • Author(s): Kushiyama A, Sakoda H, Oue N, Okubo M, Nakatsu Y, Ono H, Fukushima T, Kamata H, Nishimura F, Kikuchi T, Fujishiro M, Nishiyama K, Aburatani H, Kushiyama S, Iizuka M, Taki N, Encinas J, Sentani K, Ogonuki N, Ogura A, Kawazu S, Yasui W, Higashi Y, Kurihara H, Katagiri H, Asano T.
  • Journal Title: Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology Volume: 33 Issue: 8 Pages: 1986-1993
  • DOI: 10.1161/atvbaha.113.301546
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] in vitroライブイメージングと定量解析による血管新生機構の解明 (2013)
  • Author(s): 西山功一
  • Journal Title: 日本血栓止血学会誌 Volume: 24(6) Pages: 553-559
  • NAID: 130003393317
• [Journal Article] 血管づくりに秘められた細胞集団の挙動
  • Author(s): 西山 功一
  • Journal Title: 細胞工学 Volume: 33(6) Pages: 639-643
• [Presentation] Vascular Network formation for a long-term spheroid culture by co-culture endothelial cells and fibroblast (2015)
  • Author(s): Tomoya Hayashi, Hisako Takigawa-Imamura, Koichi Nishiyama et al.
  • Organizer: The 28th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS 2015)
  • Place of Presentation: Estoril Centro De Congressos (Estoril)
  • Year and Date: 2015-01-18 – 2015-01-22
• [Presentation] 血管新生の包括的理解のための新しい解析システムの構築 (2014)
  • Author(s): 西山 功一
  • Organizer: 第５回Molecular Cardiovascular Conference II
  • Place of Presentation: 神戸シェラトン（神戸）
  • Year and Date: 2014-08-06
• [Presentation] Cell Dynanics During Angiogenic Morphogenesis (2014)
  • Author(s): 西山 功一
  • Organizer: The Joint Annual Meeting of the Japanese Society for Mathematical Biology and the Society for Mathematical Biology
  • Place of Presentation: コンベンションセンター（大阪）
  • Year and Date: 2014-08-01
  • Invited
• [Presentation] Stochastic and deterministic aspects of angiogenic endothelial cell movements revealed by mathematical modelling (2014)
  • Author(s): 西山 功一
  • Organizer: Research PlaNet 2014
  • Place of Presentation: 東京国際フォーラム（東京）
  • Year and Date: 2014-05-10
  • Invited
• [Presentation] Stochastic and deterministic aspects driving angiogenesis as a morphologic multicellular movement (2014)
  • Author(s): 西山 功一
  • Organizer: The 18th International Vascular Biology Meeting
  • Place of Presentation: みやこめっせ（京都）
  • Year and Date: 2014-04-17
  • Invited
• [Presentation] Mural cells modulate collective endothelial cell movements to promote proper angiogenic morphogenesis (2013)
  • Author(s): Nishiyama K
  • Organizer: The Angiogenesis Gordon Research Conference
  • Place of Presentation: サルブ・レジーナ大学（米国）
• [Presentation] Angiogenic morphogenesis: analyses of the self-organizing mechanisms of vascular cells using “imaging and modeling”
  • Author(s): Nishiyama K
  • Organizer: The 11th Japan-Korea Joint Symposium on Vascular Biology
  • Place of Presentation: ハイアットリージェンシー済州ホテル（韓国）
  • Invited
• [Presentation] かたちをつくる血管細胞動態と数理モデル化
  • Author(s): 西山功一
  • Organizer: 「非線形離散可積分系の新展開」RIMS研究集会
  • Place of Presentation: 京都大学（京都）
  • Invited
• [Presentation] Understanding of collective endothelial cell behaviors driving angiogenic morphogenesis using mathematical modeling
  • Author(s): Nishiyama K
  • Organizer: The 4th Molecular Cardiovascular Conference II
  • Place of Presentation: キロロリゾートホテルピアノ（余市）
• [Presentation] 血管新生における血管内皮細胞運動の制御系としての壁細胞の役割
  • Author(s): 西山功一
  • Organizer: 第21回日本血管生物医学会学術集会
  • Place of Presentation: 千里阪急ホテル（大阪府）
  • Invited
• [Presentation] 内皮細胞の自発的パターン形成 ～ブレークスルーを生むコラボレーション～
  • Author(s): 西山功一、三浦岳
  • Organizer: 日本発生生物学会 秋季シンポジウム2013
  • Place of Presentation: しあわせの村、野外活動センターあおぞら（神戸市）（
  • Invited
• [Presentation] Modeling collective endothelial cell movement behind angiogenic morphogenesis
  • Author(s): Sugihara K
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（神戸市）
  • Invited
• [Remarks] 熊本大学国際先端医学研究拠点施設 西山研究室
  • URL: http://ircms.kumamoto-u.ac.jp/research/archives/6