2015 Fiscal Year Research-status Report
細胞運動のゆらぎから探るロバストな細胞情報処理機構
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26800226
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| Research Institution | Nara Medical University |
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Principal Investigator |
高木 拓明 奈良県立医科大学, 医学部, 講師 (10444514)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 細胞運動 / 時系列解析 / ランジュバン方程式 / 細胞性粘菌 / T細胞 / 神経細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、細胞の自発運動（外部刺激非存在下でのランダム運動）に着目し、細胞重心の軌跡データの時系列解析、それに基づいたモデリングと理論研究を実施することで、細胞の確率的な情報処理機構を解明することを目的としている。その際、細胞性粘菌で見出された結果が他の細胞種においても成り立つかどうかを検証することは、メカニズムの一般性を探る上で重要となる。その一環として昨年度はマウスのT細胞の自発運動についての時系列解析を実施したが、本年度は生理的条件に近い３次元運動の解析をより詳細に進め、２次元運動の際よりもヘテロ性が少なく、直進運動の時定数が短くなる等の特徴と共に、細胞性粘菌の運動様式との共通性を明らかにし、同様のモデルで記述可能であることがここでも支持された。これらは免疫細胞の運動の生理的意義を探る上で重要である。
さらに、マウスのT細胞に加えて新たに神経細胞の自発運動と走化性運動の解析についても実験家との恊働研究を開始した。細胞重心軌跡に対する従来の統計解析法に加え、新たに角度統計学的な解析法を導入し、in vivoで神経軸索からの距離や方向、刺激の有無に依存して、細胞が運動を特定方向にバイアスさせているか否かの定量的評価を可能にした。これにより神経細胞の運動に関する新しい知見が次年度に得られると期待される。
また、4名による恊働で「理論生物学」の教科書の執筆を開始し、生物におけるゆらぎの意義や細胞運動の統計解析に関する項目について、本研究の内容を踏まえた執筆を担当した。標準的な内容と共に、細胞の階層性をつなぐ物理的理解や先端的なテーマの紹介など、類書にないような特徴的内容を加えており、出版の意義は大きいと言える。次年度に出版予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度の研究実施計画においては、免疫細胞での運動研究をさらに進展させることと共に、細胞性粘菌での走化性運動について、自発運動の果たす生理機能的な意義の検証や、分子機構まで踏み込んだモデリングによる、細胞運動と細胞情報処理との間の動的な整合性機構の理論的理解を進めることを挙げていた。前者については進展したが、後者については実験データの統計解析に端緒を拓いたものの、研究の進展は未だ不十分な状態である。研究対象を複数の細胞種に広げ、結果の一般性を定量的に検証することは本研究の一つの柱であり、神経細胞の運動解析での新たな恊働研究はそれに資するが、これは本研究課題採択時には想定に入れていなかったもので、その点も進捗状況には影響した面がある。今後は、メカニズムの理論的理解を深めることを重点としていく必要があることを踏まえ、研究計画の進捗はやや遅れていると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに得られた結果を基にして、細胞性粘菌、T細胞、神経細胞それぞれでの運動研究を取り纏める。T細胞や神経細胞においても実験結果と整合するモデルを基に、細胞運動の様式および分子機能との関係性や、走化性運動について検討する。それにより細胞の自発運動に共通する動態や生理機能における意義を明らかにしていく。さらに、細胞性粘菌の走化性運動についての細胞運動と細胞情報処理の整合性機構について、計算機シミュレーションや理論解析を通じて検討を進める。また、一細胞での運動モデルに細胞間相互作用を加えることで細胞集団運動のモデルに拡張し、従来の反応拡散系による走化性モデルとの関係も検討を開始することで、発生過程における細胞運動のゆらぎの意義についても探って行く。このようにして得られた研究成果については適宜取りまとめ、学会発表および論文発表を行う予定である。
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| Causes of Carryover |
出張の旅費（交通費）が、当初の見積額よりも518円安く済んだことによる差額である。該当の出張が年度末であった為、見積額で算定して年度内の予算執行を終えたものの、事後に金額のずれが確定したという経緯による。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度の旅費に充当する予定である。
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