2021 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 – 2023-03-31
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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 / 上皮細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度に引き続き、遊走細胞が互いに多彩な細胞間コミュニケーションを行うことで生み出すダイナミックな集団挙動、いわゆる動的自己組織化という現象について理論的に調べている。昨年度は遊走細胞細胞間コミュニケーションによっていかなる動的自己組織化を示し得るかを理論的に調べて、その結果を査読付き学術誌にて出版した（Hiraiwa 2020 Physical Review Letters）。今年度は、その結果を諸学会・セミナー発表などで報告すると同時に、追加の数値シミュレーションと解析を続けて行っている。
また、その数理モデルと上皮細胞組織の構造を記述するための数理モデル（バーテックスモデル）を組み合わせることで、上皮細胞集団の基盤上での遊走の数理モデルを構築してその数値解析を行った。特に、細胞間コミュニケーションによる動的自己組織化によって、上皮細胞の運動性が著しく向上することを数値シミュレーションにより見出した。諸結果を査読付き学術論文として出版した（Hiraiwa 2021 "Dynamic self-organization of migrating cells under constraints by spatial confinement and epithelial integrity" The European Physical Journal E）。
さらに、同じ数理モデルを発展させることで角五氏ら（北大化学）による微小管滑走アッセイの実験と比較可能なシミュレーションが可能なことも見出しており、査読付き学術誌に投稿中である。関連して、角五氏らの実験の定量的解析を行い、共著者として査読付き論文を出版した（Afroze, Inoue et al. 2021 Biochemical and Biophysical Research Communications）。
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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
ここまで、第一の課題である、孤立遊走細胞集団の動的秩序形成の数値計算およびその生物実験の結果との比較の研究を行い、それぞれ既に査読付き学術誌にて出版済みである（Hiraiwa 2020 Physical Review Letters）（Hayakawa, Hiraiwa, Wada, Kuwayama and Shibata 2020 eLife）。また、第二の課題である、上皮細胞の集団遊走モデルの構築と数値計算も完成し査読付き学術誌にて出版済みである（Hiraiwa 2021 "Dynamic self-organization of migrating cells under constraints by spatial confinement and epithelial integrity" The European Physical Journal E）。
さらに当初の予想を超えた発展として、同じモデルの数理の枠組みを拡張・適用することで北大化学の角五らのグループによる微小管滑走アッセイの実験と比較可能な数値シミュレーションが可能なこともわかっている（査読付き学術誌に投稿中。対応するプレプリントがHiraiwa, Akiyama et al. arXiv 2101.02130で閲覧可能である）。関連する実験の解析も行い、査読付き学術誌にて出版済みである（Afroze, Inoue et al. 2021 Biochemical and Biophysical Research Communications）。
これらのことからまず、計画した研究はおおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
第一と第二の課題である、理論と数値シミュレーションに関する基礎の研究についてはこれまでで良く進捗した。現在は第３の課題である、構築した数理モデルを用いた多細胞の動的挙動の説明への応用を目指して研究を進めている。この目的のため、単層上皮細胞の生物物理学的な実験を多く行っている、Thuan Beng Saw氏らのグループ（Westlake university. 中国）およびYusuke Toyama氏らのグループ（Mechanobiology Institute, シンガポール）と協力して研究を進めている。提案した数理モデルに基づき、これらのグループから提供された単層上皮細胞のライブイメージングデータにみられる種々の動的挙動を説明することを目指している。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の流行により海外出張が出来なくなったため、旅費の分の差額が生じた。次年度に主に旅費として用いる予定である。
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| Remarks |
(1)申請者個人のホームページ。(2)所属研究所（本務先）による公式の紹介ページ。 (3)申請者が本務先で主催する研究室のホームページ。
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