2020 Fiscal Year Research-status Report
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17K07410
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
本多 久夫 神戸大学, 医学研究科, 非常勤講師 (10289118)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | らせんループ / 初期心臓 / 数理的細胞モデル / コンピュータ・シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多細胞生物の形態形成はこれを構成している細胞の振舞いによってなされる。細胞の振舞いを数理的に記述する方法があれば、数理的手法が形態形成を理解することに役立つ。組織を構成する細胞を多角形または多面体と考えて、そこでの多角形・多面体の頂点の動きを記述する運動方程式を作成した。これにより細胞の振る舞いが数理的にあらわせる。この運動方程式を数値計算で解くには大きな計算が必要である。これがスーパーコンピュータを使う理由である。これによりこれまでにないアプローチで形態形成を研究することができる。
哺乳類や鳥の初期発生において心臓は左ネジ方向にねじれたヘリックスループを形成する。これははじめまっすぐだったチューブ状の原始心臓から形成される。Vertex dynamicsをつかったコンピュータ・シミュレーションで、チューブを構成している細胞がチューブの長軸方向に分裂することと、チューブ下方の細胞の（個体の）右への集団的な移動する仮定を取り入れた。シミュレーションの結果、チューブは左ネジ方向にねじれた。この結果を論文により発表した(Biophysical Journal 2020)。これに引き続きさきに使用した「チューブ下方の細胞の（個体の）右への集団的な移動」の仮定は、心筋細胞について最近トリで明らかにされた異方性のあるConvergent extension (CE)によって実現できることを示した。これにより心臓の左巻きヘリックスのねじれは心筋細胞のキラルな性質（異方的な収縮）に基づくと言えるようになった。この結果は論文として投稿中である。
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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
心臓の非対称性形成について、そのメカニズムのをさらに詳しく解明できることがわかり、これをさしあたりの目的としている。心臓チューブがrightward displacementを起こす事がチューブの左巻きへリックス形成の原因であるところまで進んだあと、このdisplacementが構成する細胞のキラルな性質によること考えてよいことをコンピュータ・シミュレーションでしめすことができた。この過程で、心臓に限らず一般のチューブにおいて、チューブを構成している細胞が異方性のある収縮を起こすと、(1)チューブ表面の細胞がねじれた流れを起こす場合と、(2)チューブにたいして細胞は相対的には動かないが、チューブ全体が3次元空間のなかで大きく変形してねじれる場合がある事がわかった。この現象の発見は、一般の内臓非対称性の研究に広く役立つと考えている。このプロジェクトは順調に進んでいると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
前項で述べたように、一般のチューブにおいてチューブを構成している細胞が異方性のある収縮を起こすと、(1)チューブ表面の細胞がねじれた流れを起こす場合と、(2)チューブにたいして細胞は相対的には動かないが、チューブ全体が3次元空間のなかで大きく変形してねじれる場合がある事がわかった。この現象の発見は、ハエ胚の後腸は直線的だが表面はねじれている一方、脊椎動物の腸管は体内で大きく旋回していることなどなどを考えると、一般の内臓非対称性の研究に広く役立つと考えている。これまでに知られている腸管における上皮細胞や間充識細胞の左右非対称な分子の発現をしらべながら、腸管が体腔内でうねるような旋回を行う機構を解明する。
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| Causes of Carryover |
新コロナウイルス禍のためすべての国内出張が取り止めになった。
大きな海外出張が2件延期となり次年度に備える。
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