2018 Fiscal Year Annual Research Report
細胞性粘菌が示す集団運動の自発的な方向の非対称化、及びそれを用いた非対称構造形成
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17J05667
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
早川 雅之 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | 細胞性粘菌 / 集団運動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
H29年度（前年度）では，波状細胞集団運動の定量的な解析を中心的に行い，その全貌が明らかになりつつあった．したがってH30年度では，主に波状細胞集団運動がどのようにして出来上がるのか，という集団運動原理の解明についての研究を行った．初めに，細胞同士がどのように相互作用しているかを明らかにするために，まず細胞同士の一対一衝突を顕微鏡下で撮影し，解析を行った．解析は，得られた動画から抽出した細胞運動軌跡をもとに行われた．この解析から主に二つのことが明らかになった．①衝突後，約7割の細胞ペアは，約2分間以上接着した．②接着する際，一方の細胞がもう一方の細胞に追従するような接着様式が主要であった．これらの結果から，細胞間で生じる接着に起因した追従運動が波状細胞集団運動に関与しているのではないか，と考えた．次に，接触追従運動に関与するタンパク質を発現できない変位株を用いて，波状細胞集団運動を観察しようとしたところ，集団運動が形成されなかった．したがって，波状細胞集団運動は，細胞間における接触追従運動に起因するものであると結論付けられた．次に，上記の接触追従を取り入れた数理モデルを構築し，接触追従の相互作用により波状細胞集団運動が生じ得るのかどうかを考えた．シミュレーションを行った結果，あるパラメータ領域では波状細胞集団運動が形成されることがわかり，また，接触追従効果の強さに依存して波状細胞集団運動が形成されるパラメータ領域も確認された．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
H30年度（前年度）では，主に波状細胞集団運動がどのようにして出来上がるのか，という集団運動原理の解明について照準を合わせた．ここで行った実験と解析により，走化性を示さない細胞性粘菌集団が示す波状細胞集団運動は，細胞間における接触追従運動に起因するものであるということが明らかになった．つまり，波状細胞集団運動の形成メカニズムの解明という，大きな成果を得る事ができた．また，この結果を踏まえて，H30年度後半では，細胞運動理論の専門家（東京大学）と共同で波状細胞集団運動の数理モデル構築を試みた．このモデルを使ったシミュレーションにより，実験結果と同様に，接触追従運動が鍵となって波状細胞集団運動が現れることがわかった．以上の実験・数値シミュレーションにより，波状細胞集団運動の形成メカニズムが明らかになりつつあり，当該研究は大きく進展したといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策として，本年度は，数理モデルを用いたシミュレーションと既存の実験データの解析を中心に行う．具体的には，シミュレーション上での波状集団運動と実験的な波状細胞集団運動とを比較し，一致する点・異なる点などからより深い理解を目指していく．特に，まず，波内部に存在する細胞集団の挙動に関して焦点を当てていきたいと考えている．既存の実験結果から，波内部に存在する細胞の運動は，外部の細胞と比べると，一方向に動き続けるということが明らかになっている（H29）．しかしながら，波内部の細胞集団に対してOptical flow と呼ばれる解析法を適用すると，細胞集団が蛇行運動している様子が観察された．つまり，波状集団運動には内部構造が存在していた．したがって，この内部構造の形成が，接触追従効果に起因して生じたものなのか，また他の効果によるものなのかという点を重点的に調べていきたい．数理モデルを用い，接触追従効果のパラメータと内部構造形成の関連性を調べることで一定の成果が得られると考えている．
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