2020 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis of the molecular mechanism for formation and breakdown of biotissues by mathematical modeling
| Project Area | Integrated analysis and regulation of cellular diversity |
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| Project/Area Number |
17H06329
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
越川 直彦 東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (70334282)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石渡 通徳 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (30350458)
中村 直俊 大阪大学, 数理・データ科学教育研究センター, 特任准教授(常勤) (30554472)
朝倉 暢彦 大阪大学, 数理・データ科学教育研究センター, 特任准教授(常勤) (70308584)
星野 大輔 地方独立行政法人神奈川県立病院機構神奈川県立がんセンター(臨床研究所), その他部局等, 部長代理 (30571434)
室井 敦 地方独立行政法人神奈川県立病院機構神奈川県立がんセンター(臨床研究所), その他部局等, 技師・研究員 (60609402)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 数理モデル / 肝がん / 悪性化進展シグナル / 受容体チロシンキナーゼ / EMT / 上皮組織 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
肝組織の破綻を誘導する肝がん細胞の増殖、悪性化進展制御を担う分子制御機構の解明を進め、１７種類の悪性形質の異なる肝がん細胞株を用いて増殖、悪性形質の獲得に寄与する２種類のチロシンキナーゼ受容体（EGF受容体、EphA2）に着目し、これら受容体のリガンドの組合せにより惹起する細胞シグナルの経時的な活性の定量化情報を採取した。次に、これら経時的定量化情報、および、肝がん細胞の細胞生物学的性状の情報を用いて、EGF受容体、EphA2シグナルの細胞内でのクロストーク、フィードバックを忠実に再現した59次元の連立偏微分方程式からなる数理モデルを樹立した。また、この数理モデルを用いて、肝がんの細胞ごとの性状や悪性度を規定する細胞シグナルの予備的なシミュレーションを行い、AktからEphA2 p-S897の経路が最も悪性化に寄与する経路である可能性を示した。
さらに、１７種類の肝がん細胞のEGF受容体、EphA2の発現、EGF受容体、EphA2シグナルの定量化情報を用いた生物統計解析を行った。この際、先行研究で見いだしている肝がん細胞の幹細胞性との関係に着目し、高転移性、高増殖性のそれぞれの指標としてCD90、EpCAMを用いて、肝がん悪性化進展制御のEGF受容体、EphA2シグナルの役割の解析を継続している。また、上皮組織破綻を誘導する上皮間葉転換（EMT）を数理モデルに書き表すために次の検討を進めている。まず、正常乳腺上皮細胞株の EMT 関連因子を把握するため、細胞をTGF-b, EGF, TGFb+EGF 刺激後72時間の試料を用いて RNA-Seq よる発現変動解析を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
コロナ感染症による制限により、研究時間、器具、試薬の購入が想定よりも時間がかかっている。また、数理研究者と対面で行っていた１月１回の研究プログレス会議をズームによるリモート会議にしたが、微妙なニュアンスが遠隔では繋がらず苦労した。
しかし、本年度、肝がん細胞の悪性化進展に寄与するEGF受容体、EphA2シグナルのクロストークやフィードバックを考慮した生体内シグナルを精密に示した59次元連立偏微分方程式による数理モデルを構築し、その予備的な数理シミュレーションにより、肝がん悪性化の鍵となる細胞シグナル経路を見いだしたことは大きな進歩である。同時に、本数理モデル、シミュレーションの妥当性を生物統計解析で継続して検証する。
上皮組織破綻を誘導する上皮間葉転換（EMT）に関するトランスクリプトーム解析により、EGF とTGF-β の共刺激下では、既存のEMT関連転写因子と複数のプロテアーゼの発現がそれぞれ異なっていた。また、これら刺激を加える順番により、EMT マーカーであるE-カドヘリン は刺激を加える順番により発現の変動が異なることが明らかとなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年に向けた研究方針を以下に示す。
本シミュレーションは59次元の連立微分方程式を用いた数理モデルを用いるため、既存のパソコンによる解析に多くの時間必要となるため、高性能パソコンを導入、スーパコンを用いるなどの対応で解析の時間短縮を行う。その後、様々な分子やシグナルを欠損させたシミュレーションなので、新たな鍵経路、分子の同定を行う。
また、予備的なシミュレーションにより得られている、AktによるEphA2 p-S897の活性化の生物学的バリデーションを行うため、肝がん細胞を移植したマウスを用いた動物実験を行う。
さらに、本数理モデルによる予備的なシミュレーションで得られた、肝がん悪性化進展の鍵となる細胞シグナル経路、分子の妥当性を示すために生物統計解析による検証を継続する。
さらに、乳腺上皮細胞のEMTに関与する分子群の解析について、本年度はエンドポイントによる解析を行ったが、次年度、これら結果を多次元時系列解析による情報を基に数理モデルを構築することで、上記の現象の生物学的意義を明らかにする。
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Research Products
(9 results)
