Revealing the mechanism of mechanical regulation in minimal multi-cellular units of epithelial tissues

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K16096
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 43040:Biophysics-related
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Yamamoto Takaki 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, 研究員 (30805338)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 生物物理 / 上皮組織 / メカノバイオロジー / 機械学習 / グラフニューラルネットワーク

Outline of Final Research Achievements

In this research, we aimed to understand how the functions and structures of epithelial tissues, which are essential for multi-cellular organisms, are maintained. We revealed how the mechanical properties of epithelial cells affect the tissue-level dynamics using a mathematical model of epithelial tissues. Furthermore, we proposed a machine-learning framework which probes the cell-to-cell interaction rules from the live-image data of tissues. Using the framework, we identified cell-to-cell interaction rules in the mouse epidermis.

Free Research Field

生物物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、上皮細胞の力学的性質の時間的なゆらぎが、上皮組織のダイナミクスに与える影響を理論的に調べ、これまで報告されていなかった上皮組織の性質を見つけることができ、多細胞組織に関する新たな生物物理学的な知見を得ることができた。また、本研究で開発した多細胞組織における細胞間の相互作用の推定手法は、様々な組織に対して適用可能であり、生物学の大きなテーマである細胞間相互作用の理解を推し進めるための一歩になった。