2021 Fiscal Year Annual Research Report
Mathematical analyses for oscillatory behaviors in plants by integrating molecular dynamics and cellular mechanics
| Project Area | Intrinsic periodicity of cellular systems and its modulation as the driving force behind plant development |
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| Project/Area Number |
19H05678
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
望月 敦史 京都大学, ウイルス・再生医科学研究所, 教授 (10304726)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Keywords | 数理モデル / ダイナミクス / ネットワーク / 構造理論 / バイオメカニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では数理的手法を用い、植物形態形成に対して、(1) 生体分子ダイナミクスと、(2) 細胞メカニクスの２つの階層から、周期性を創出するメカニズムとその変調がもたらす効果の解明に迫る。これまでに開発した構造理論を発展させ、(i) 周期的振る舞いが現れるための生体分子相互作用の条件および、周期性やその変調が器官形態にもたらす効果を数理的に決定する。さらに、これらを用いて、(ii) 領域内の実験グループとの共同研究を推進し、植物形態形成でみられる様々な振動現象のメカニズムを予測検証的に解明する。
(1) 2021年度は、構造分岐解析の理論的展開をさらに進めた。細胞周期システムの解明を題材とした。一つの分裂から次の分裂までには，G1期，S期，G2期，M期の4つの段階を経る必要があり，これらを総称して細胞周期と呼ぶ．細胞周期は複数種のCdkやサイクリンといったタンパク質の活性によって調節されている。G1期からS期，あるいはG2期からM期へ移行するためには，それぞれ異なるCdk/サイクリン複合体のスイッチ様の活性化が必要だと分かっている．細胞周期のダイナミクスの本質は，周期振動ではなく，システムが持つ複数の定常状態を不可逆的に遷移することだと考えられている。生体分子ネットワークの情報に対し構造感度解析を適用することで、各種のサイクリン分子の活性が変化した時に、システム中のそれぞれの分子がどのように活性変化するかを予測した。
(2) 2021年度は、周期的挙動が形態形成に与える影響を解明するための数理モデルの構築を行った。前年度に行った数理モデルの構築と解析をさらに進め、より広範な理解を得る。細胞間相互作用に加えて、細胞－環境相互作用が器官の形態を可塑的に変化させる可能性がある。この可能性について、数理モデルの徹底的な解析により、解明を進める。
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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
数理理論の構築は順調に進み、論文作成を進めている。また具体的な生命現象の解明を目指して、実験生物学者と共同研究を行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も理論解析を進め、論文業績につなげたい。また具体的な生命現象の解明を目指して、実験生物学者と共同研究を進める。
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