2016 Fiscal Year Annual Research Report
Mathematical modeling of collective cell movement
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26840085
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
瓜生 耕一郎 金沢大学, 自然システム学系, 助教 (90726241)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 数理モデル / 細胞移動 / 画像解析 / 遺伝子発現リズム / 同期 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は発生組織で観察される細胞の協調的移動が起きるメカニズムとその生物学的意義を、数理モデルとイメージングデータをもとに解明することを目指す。平成28年度はゼブラフィッシュ未分節中胚葉組織後方で観察される協調的細胞移動の影響が、組織前方で観察される遺伝子発現パターンにどう伝搬するかを解析するために、これまでに取得した組織の定量データをもとに数理モデルの構築を行った。モデルは組織前後軸にそった細胞移動速度の空間勾配を記述し、その勾配の空間スケールが組織前方で見られる遺伝子発現パターンのロバストネスを上げることを見出した。今後は生体内で細胞移動を薬剤処理などで特異的に阻害し、理論解析の結果を実験的に検証していく。
研究期間中を通して、協調的細胞移動現象の数理モデリングと生体内での細胞移動の定量化に取り組んできた。主要な成果としては(1) 組織での協調的細胞移動が遺伝子発現リズムの同期を促進することを数理解析と数値シミュレーションにより示した、(2)細胞移動の定量化を目的として、イメージングデータ中の細胞核を自動検出するアルゴリズムと、その検出精度を検証する手法の確立を行った、(3) イメージングデータを使い組織での相対的な細胞移動を定量し、空間3次元の数理モデルをフィッティングすることで観察された移動パターンの特徴を明らかにした、(4) 定量化した細胞移動が遺伝子発現リズムの同期に影響を与えうる範囲にあることを数値シミュレーションにより明らかにした。上記(1)と(2)は論文として国際紙に掲載されている。(3)と(4)の結果は現在投稿中である。研究期間中に構築された細胞移動の空間3次元数理モデルは比較的シンプルでかつ一般性が高いため、他の発生組織で観察される細胞移動現象に対しても適用可能であると期待できる。
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