2019 Fiscal Year Research-status Report
Establishment of theoretical models for collective cell migration
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19K03764
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
平岩 徹也 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 客員共同研究員 (20612154)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 細胞集団遊走 / 数理モデリング / 数値シミュレーション / データ解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
遊走細胞が集まった際の動的秩序を調べている。先行研究で構築した細胞集団遊走モデルに基づき、細胞たちが互いに多彩な細胞間コミュニケーションを行っていることを仮定し、その際にどのような集団での挙動が見られるかを理論的、数値的に解析している。
特に接触追尾（Contact following）を行う場合の数値シミュレーションを行った。結果、ある種の細胞性粘菌の変異株が自発的に示す伝搬密度波パターン（理研BDR柴田研究室の実験結果）が接触追尾の効果により再現されることを見出した。柴田研究室と共同で実験理論の比較を行い、査読付き学術論文として公表した（Hayakawa, Hiraiwa, Wada,Kuwayama and Shibata,(2020) "Polar pattern formation induced by contact following locomotion in a multicellular system" eLife.）。
また、接触追尾と同じく多様な遊走細胞種で見られるコミュニケーション様式である、接触遊走抑制（Contact inhibition of locomotion）や接触遊走牽引（Contact attraction of locomotion）も行う場合に予想される集団挙動についても研究した。結果として過去の文献などにみられる細胞性粘菌やその変異株が示す多彩なパターンが各種コミュニケーションの強さをコントロールするだけで再現できることがわかった。さらにそれらの集団挙動を行うことで、細胞たちが外からの方向性のある刺激に対して、自然と集団で効率良く応答できるようになることを発見した。本結果を査読付き学術論文として投稿準備中である（Hiraiwa, "Dynamical ordering of idealized migrating cells"）。
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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
一年目の課題である孤立した遊走細胞数理モデルの数値シミュレーションはほぼ完成し、一報の共同研究論文の公表につながった。また一報の論文が投稿直前である。数理モデルと実験をつなぐための課題である、機械学習を用いた細胞遊走アッセイデータ解析についても、シンガポール国立大学メカノバイオロジー研究所の研究員らと共同で、導入を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画に沿って研究を進める。1つ目の数理研究課題である「孤立した遊走細胞が集まった際の動的秩序」はほぼ完成したため、2つ目の課題である「上皮細胞集団の遊走の２層モデル」に進む。
多細胞生物の身体は細胞がコラム状に敷き詰まった上皮という組織で覆われている。この組織を構成する細胞が上皮細胞と呼ばれる。イヌ腎臓尿細管上皮細胞株（MDCK細胞）など遊走上皮細胞では、上皮側の力学状態に依存して各細胞の遊走能や細胞サイクルなどのダイナミクスが変わり得ることが知られている。例えばMDCKは上皮側の引張を感じてその逆方向に極性を発現することが知られている。この系の数理モデルとして上皮側の力学と基盤側の運動の両方を取り入れた数理モデルを提案した。本モデルの解析を進めていく。
機械学習を用いて細胞遊走アッセイから数理モデル検証につなげるデータ解析についても引き続き導入を進める。
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| Causes of Carryover |
本務先がシンガポール国立大に変更になったことにより、必要設備に変更が生じたため。
新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の影響により、学会参加や研究者招聘が実施不可能になったため
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Research Products
(7 results)
