分岐形成を生み出す細胞動態を実験－理論相互連動によって解明する

• Project Area: Regulation of polarity signaling during morphogenesis, remodeling, and breakdown of epithelial tubular structure
• Project/Area Number: 26112714
• 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: Kyushu University
• Principal Investigator: 今村 寿子 (滝川寿子 / 今村 寿子(滝川寿子)) 九州大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (30523790)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2015: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2014: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: 形態形成 / 数理モデル / 上皮 / 座屈 / 肺 / FGF10 / Wnt / 頂端収縮 / 発生

Outline of Annual Research Achievements

上皮組織が特徴的形態を形成する過程について、マウス胎仔由来の腺様期の肺上皮組織片をFGF10添加マトリゲル中で培養し、どのようにFGF10に応答しているか調べました（未発表）。その結果、肺上皮のFGF10取り込み量は広範囲のFGF10濃度に対して高感度に変化することを明らかにしました。またFGF10下流のMAPキナーゼであるERKの活性は、FGF10濃度のみならず上皮組織の形状（厚みおよび曲率）によっても変化していました。さらにFGF10と形状に依存的なERK活性亢進の感受性は、胎生13.5日肺では顕著で、胎生14.5日に減弱することが分かりました。以上の実験結果から細胞応答と組織形状とを対応付け、肺に特徴的な構造の制御メカニズムを予測するためのツールとして、２つの数理モデルを構築しました（未発表）。まず、組織の曲率に依存して細胞増殖と走化性が変化すると仮定したモデルを構築し、感受性に応じて分岐頻度が変わることを見出しました。このことから、発生過程でFGF感受性が変化することにより、先端ほど細かい分岐構造が生み出されるという理論的予測を得ました。次に、組織の厚みについては、大阪大学麓勝己助教との共同研究として、同氏が見出したWnt依存的頂端収縮による分岐調節メカニズムを説明するべく、細胞間の力学的相互作用を表現する数理モデルを構築しました（投稿準備中）。このモデルから、細胞形状を変化させる力が組織の分岐形成を引き起こすことを説明できました。さらに管状期から嚢状期にかけての細胞と組織形状の変化についても実験的に示唆された細胞内骨格制御の重要性を支持する理論的予測を得ました。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] A Theoretical Model of Jigsaw-Puzzle Pattern Formation by Plant Leaf Epidermal Cells (2016)
  • Author(s): Takumi Higaki, Natsumaro Kutsuna, Kae Akita, Hisako Takigawa-Imamura, Kenji Yoshimura, Takashi Miura
  • Journal Title: PLOS Computational Biology Volume: 12 Issue: 4 Pages: e1004833-e1004833
  • DOI: 10.1371/journal.pcbi.1004833
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Tooth germ invagination from cell-cell interaction: Working hypothesis on the mechanical instability (2015)
  • Author(s): Hisako Takigawa-Imamura, Ritsuko Morita, Takafumi Iwaki, Takashi Tsuji and Kenichi Yoshikawa
  • Journal Title: Journal of Theoretical Biology Volume: 382 Pages: 284-291
  • DOI: 10.1016/j.jtbi.2015.07.006
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 肺上皮FGF応答活性の測定と分岐形成数理モデル化 (2016)
  • Author(s): 今村（滝川）寿子
  • Organizer: 「がん研究分野の特性等を踏まえた支援活動」公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 一橋講堂（千代田区）
  • Year and Date: 2016-02-09
• [Presentation] 葉表皮細胞のジグソーパズル構造形成の数理モデル (2015)
  • Author(s): 今村（滝川）寿子、桧垣匠、朽名夏麿、秋田佳恵、小林亮、三浦岳
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会 第88回日本生化学会大会 合同大会
  • Place of Presentation: 神戸国際展示場（神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-02
• [Presentation] Observation of FGF response in lung epithelium and modeling for branching morphogenesis (2015)
  • Author(s): Hisako Takigawa-Imamura
  • Organizer: The second international meeting for epithelial tubulology
  • Place of Presentation: 神戸国際展示場（神戸市）
  • Year and Date: 2015-08-23
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Observation of FGF response in lung epithelium and modeling for branching morphogenesis (2015)
  • Author(s): 今村（滝川）寿子
  • Organizer: 48th Annual Meeting of the Japanese Society of Developmental Biologists
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（つくば市）
  • Year and Date: 2015-06-03