2020 Fiscal Year Research-status Report
動物活動の定量計測と非線形時系列解析による、老化を支配する力学系システムの解明
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20K20321
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
荒田 幸信 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (40360482)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 長時間計測 / 高時間分解計測 / 老化 / 線虫 / ライフログ / 時系列解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、線虫の活動を寿命時間（約一ヶ月間）に渡りビデオ撮影（5fps）し、得られた動画から線虫の運動を計測することで得られる巨大な時系列（ライフログ）から、動物の寿命時間を決定するモデル（力学系の方程式）を決定することである。これまでに、1000匹以上の線虫個体を同時に撮影することができる装置を構築し、野生型、野生型に比べ寿命が短くなるまたは長くなる6種類の変異体についてそれぞれ500匹以上の個体一生を撮影した。ライフログから、老化動態を撮影し、動画から運動の老化に伴う変化と寿命を計測する画像解析プログラムを構築した。画像解析プログラムによる計測により、運動活性は老化に伴って指数的に減衰すること、および寿命分布はこれまでの報告と定性的にコンシステントな2層性を持つ分布を取得することに成功した。寿命曲線だけでなく、運動の指数減衰の速度それぞれの変異体の寿命に応じて変化することを見つけた。もまた、老化に伴う運動の指数減衰の背後にはトランスポゾンによるマルコフ的なゲノム破壊がある、という作業仮説を立てた。この仮説を検証するために、トランスポゾンの転移を分子生物学的な手法を用いて包括的に抑制するためのベクターシステムの構築を行なった。具体的には、機能抑制のためにCas9を用いた遺伝子ノックアウトとRNAiを用いたノックダウンを行う。灰尾インフォマティックスにより線虫ゲノムに存在するトランスポゾンを包括的に同定し、その中から転移活性を維持するトランスポゾンを同定した。
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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
当初想定した目標を超えて、計測によって得られた定量的な特性（指数減衰）から実験的に検証可能な仮説を構築し、検証のための実験準備を進めることができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
計測によって得られた老化に伴う指数減衰と寿命曲線のデータを統合的に解析するために、Reliability theoryが提案するモデルを得られた曲線にfitすることにより、変異体間で老化の動態を生み出すシステムの特性がどのように異なるかを整理する。また、トランスポゾンの転移を抑制した線虫株の老化に伴う運動活性の減衰と寿命分布の曲線も同様の解析を行うことにより、老化を駆動する分子反応ネットワークのモデルを明らかにする。
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| Causes of Carryover |
コロナウイルス問題により計画していた学会への出張がなくなった。画像を解析するために所属研究所に設置のスーパーコンピュータを使用する予定であったが、画像を転送するために膨大な時間がかかるため、計算キャパシティを確保するためにコンピュータを購入することに充てる。
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