Understanding of cell signaling with information physics

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: Information physics of living matters
• Project/Area Number: 19H05798
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: National Institutes of Natural Sciences
• Principal Investigator: Aoki Kazuhiro 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(機構直轄研究施設), 生命創成探究センター, 教授 (80511427)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松岡 里実 大阪大学, 大学院生命機能研究科, 助教 (00569733)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2024-03-31
• Keywords: 情報量 / ERK / EGFR / 細胞性粘菌 / 走化性

Outline of Final Research Achievements

In this study, we aimed to characterize the information processing properties of eukaryotic intracellular signaling systems. Using the epithelial growth factor signaling system of cultured mammalian cells and the chemotaxis signaling system of cellular slime mold as research materials, we successfully characterized and quantified the flow of the ligand-receptor-intracellular signaling system. Furthermore, to clarify the principle of encoding diverse ligands by intracellular signaling systems, we focused on the GPCR signaling system and obtained data showing that dynamic fluctuations in downstream signaling encode information. Finally, to demonstrate the link between diverse information and cellular function, we quantified the relationship between signaling and function in cell cycle and chemotaxis signaling in mammalian cells and cellular slime molds, respectively,

Free Research Field

細胞生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

真核生物の細胞内情報伝達系の理解は、ゲノム解読や分子生物学の進展により飛躍的に進んだ。その結果、情報伝達分子や反応ネットワークの全体像が明らかになりつつある。一方で、既存の研究では理解できない問題も残されている。本研究は、なぜ細胞はシグナル/ノイズ比が低い環境でも適切な運命決定を行うことができるのか、細胞はどのようして多種多様なリガンド刺激の情報を少数の細胞内情報伝達経路で情報処理できているのか、細胞内情報伝達分子のネットワーク構造がどれくらいの情報処理特性を持ち、それがどれくらい最適化されているのか、といった未解明の問題にある程度答えることができた。学術的、社会的にも意義深いと言える。