2017 Fiscal Year Research-status Report
情報科学的アプローチによるインスリン受容体周辺の膜環境の動態解析
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16K16153
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
竹本 智子 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究領域, 研究員 (00450403)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 画像処理 / 領域分割 / 細胞内ロジスティクス / 可視化 / 細胞膜 / 画像認識 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脂質ラフトは，細胞内の情報伝達プラットフォームの役割を担い，細胞内輸送や免疫応答などの機能発現に関与する．病態の発生原因になるとされるが，その動態はまだ明らかではない．そこでラフト上に存在する各種のシグナル受容体に注目することで，シグナル伝達時の脂質ラフトの動態を明らかにしようとする研究が行われている．
本研究では，近年確立された環境感受性の標識ラベルで，受容体周辺の膜環境のみを標識したタイムラプス画像を大量取得している．取得画像を用いて,インスリン刺激に対する受容体周辺の膜環境変化を画像解析することが,本研究の目的である．
今年度までに,580nm～630nm付近の短・高波長それぞれ8チャンネルのタイムラプス画像から，受容体周辺領域のみを自動的に領域分割することに成功した．取得画像は対象の移動や蛍光退色に伴う時間変化などによって，極めてノイズが多い．そこで本研究では,我々が先だって研究・開発を進めている画像処理法の性能評価システムを用いて，対象の時間変化やノイズにロバストな領域分割法を検討した．その結果,Difference of GaussianフィルタやK-means法等を組み合わせた領域分割法を提案し，現在までに約30万枚の画像に対して自動領域分割に成功した．分割領域に対し，膜の固さを表す指標であるGP値を求め，インスリン刺激前後のGP値変化を統計解析した．これらの結果のうち，画像処理に関わる方法論については画像センシングシンポジウムで発表した．また，本研究で提案した画像処理法の一部を,他研究課題に適用した成果は，欧文ジャーナル誌に掲載された．本研究の生物科学系の成果は，共同研究者がSwiss National Center of Competence in research(NCCR)でポスター発表を実施した．また次年度に2学会での発表が確定している．
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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
本研究は，インスリン刺激に対する受容体周辺の膜環境変化を画像解析を目的とし，以下の３課題をH28年度～H30年度に遂行することを掲げている．
１．対象領域の認識
２．現象の定量・可視化
３．現象の相関解析
H28-H29年度までに，１の対象領域の認識について，インスリン受容体領域の自動領域分割法を決定した．具体的には，我々が開発している画像処理法の性能評価システムを用いて，約1000以上の領域分割法から，観察画像に適した方法を網羅的に評価した上で，Difference of GaussianフィルタやK-means法等を組み合わせた領域分割法を決定した．その結果，約30万枚の画像から受容体周辺領域の認識に成功し，認識領域のGP値に関するインスリン刺激前後の変化を解析，可視化した．これらの結果を国内外で発表し，次年度以降も2件の学会発表が決まっていることから，当初の計画通り概ね順調に進展していると考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの解析結果によって，インスリン刺激前後ではGP値が下がることが分かってきた．GP値とは，膜の親水性・疎水性を表すGeneralized polarization valueを指す．本研究では時間ごとのGP値変化だけではなく，インスリン刺激前後の局所的なGP値変化及び，細胞膜構造との空間的配置を考慮した大局的なGP値変化として可視化することを目指している．極めて微小な変化を可視化するため，今後はピクセル間の時間変化だけではなく，背景差分法で用いられる正規化距離による差分GP値や，Difference of Gaussianによる局所的顕著特徴に基づく差分ＧＰ値を試す予定である．また，求めた差分GP値をPseudo color表現で可視化する際に，局所的な変化を観察しやすくするための専用の可視化ソフトウェアの開発を検討している．来年度はこれまでの研究成果を国内外で積極的に発表予定である．
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| Causes of Carryover |
本研究を遂行するにあたり、画像処理実験・解析用PCを購入する予定であったが、昨年度所属機関の女性研究者助成事業による研究費での購入PCを解析に使用できたため、本研究費でのPC購入を見送っている。
また、本研究の遂行には、海外研究協力者との研究打ち合せが必要であったが、昨年度に引き続き、今年度もスカイプ等を活用することによって直接打ち合せの回数を1回と制限したことから渡航関連費が減少した。
今年度は、海外協力研究者による学会発表を複数計画しており、日本への渡航費用を算出予定である。また、当該研究の成果について、国際会議での発表を予定している。さらに、現在使用している実験・解析用PCのスペックが不足してきていることから、購入を予定している。
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Research Products
(6 results)
