2016 Fiscal Year Research-status Report
定量データに立脚した四肢形態形成過程の力学モデルの構築
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16KT0081
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
森下 喜弘 国立研究開発法人理化学研究所, 生命システム研究センター, ユニットリーダー (00404062)
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| Project Period (FY) |
2016-07-19 – 2020-03-31
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| Keywords | 発生動態 / 理論生物 / 組織力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
形態形成過程をシステムとして理解するためには、(I) 組織変形動態の解明：器官固有の形態が作られる過程で、いつ・どこで・どの程度、組織が成長・変形したか、そのすべてを数値的に明らかにすること。(II) 組織力学の定量解析：物体の変形を引き起こす直接的な原因は力であり、(I)で明らかとなった組織変形動態を引き起こす組織内応力分布・細胞物性の異方性を明らかにすること。が必須であり、(I)と(II)で得られた変形と力に関する全情報を反映した力学モデルを構築し、想定される形態決定機構の検証と予測を行うことによって初めて形態形成メカニズムを定量的に論じることが可能となる。(I)の組織変形動態に関しては、研究代表者と連携研究者（名古屋大学鈴木孝幸講師）らによって、すでに詳細な解析が行われ、脊椎動物四肢発生過程における体積成長の時空間パタンと変形異方性の時空間パタンが明らかとなった。本研究では形態形成メカニズムを理解するために必須となるもう片方の情報である、組織力学情報にフォーカスする。四肢発生を具体的亜対象とし、研究課題名『定量データに立脚した四肢形態形成過程の力学モデルの構築』のもと、実験研究と理論研究の両サイドから以下の研究項目に取り組む。
【実験課題1】肢芽上皮組織内の応力異方性と細胞形状の時空間マップ作成；【実験課題2】肢芽上皮細胞の物性異方性の時空間マップ作成；【実験課題3】組織内応力・細胞物性異方性を生み出す分子の探索；【理論課題1】連続体シミュレーションによる組織内応力分布の計算と予測；【理論課題2】体積成長と大変形を伴う超弾性体力学モデルの構築と応用。このうち、実験課題１と理論課題１、２に関してはおおむね順調に進んでいる。特に、理論課題２に関しては、得られた研究結果を現在論文にまとめている段階にある[Kida and Morishita, in preparation]。
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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
研究実績の概要で述べたように、【実験課題1】肢芽上皮組織内の応力異方性と細胞形状の時空間マップ作成、に関しては、連携研究者である名古屋大学の鈴木孝幸後肢らと共に、ニワトリ胚肢芽を用いた計測が順調に進んでいる。また、【理論課題1】連続体シミュレーションによる組織内応力分布の計算と予測、に関しては、シミュレーションで得られた応力分布とレーザーアブレーションによって計測された上皮にかかる応力異方性の一致を確認した。また、【理論課題2】体積成長と大変形を伴う超弾性体力学モデルの構築と応用、に関しては、モデルの構築に成功し、成果を論文にまとめている段階にある[Kida and Morishita, in preparation]。
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| Strategy for Future Research Activity |
実験課題１と理論課題１の結果に関して論文をまとめるとともに、まだ着手できていない【実験課題2】肢芽上皮細胞の物性異方性の時空間マップ作成、および【実験課題3】組織内応力・細胞物性異方性を生み出す分子の探索を中心に研究を遂行する計画である。また、【理論課題2】で得られた連続体力学モデルの改良や応用を進め、形態形成過程を正確にシミュレートできる数値計算技術の確立を目指していく。
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| Causes of Carryover |
当初、本研究で扱う理論・実験に関するデータ量は膨大であり、データ解析やプログラミング補助の目的で研究協力者を雇用して効率よく研究課題を遂行する予定であった。しかし、適任者をうまく見つけることができなかったため、基礎理論モデルの構築の部分に優先的に取り組むことによって成果を上げることができた。量をこなす部分、効率を優先する部分に関しては次年度以降に行うことに予定を繰り下げることに変更したことが、次年度使用額が生じた理由である。この変更による本プロジェクト遂行への支障は無いと判断する。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度以降、データ解析やプログラミング補助の目的で研究協力者を雇用することで使用する。
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