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2018 Fiscal Year Annual Research Report

Spatiotemporal dynamics of developmental clocks: mathematical modeling of resynchronization process of the segmentation clock

Publicly Offered Research

Project AreaInterplay of developmental clock and extracellular environment in brain formation
Project/Area Number 17H05762
Research InstitutionKanazawa University

Principal Investigator

瓜生 耕一郎  金沢大学, 生命理工学系, 助教 (90726241)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2019-03-31
Keywords分節時計 / 同期 / 数理モデル / ゼブラフィッシュ / 体節形成
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、発生プロセスが発生時計のレジリエンスとロバストネスに及ぼす影響を明らかにする目的で、ゼブラフィッシュ分節時計の同期過程を解析した。Notchシグナルによる細胞間シグナル伝達を阻害する薬剤を処理し、細胞間の分節時計の同期を崩すと、欠陥のある体節が形成される。薬剤を除去してしばらくすると、正常な体節が再び作られる。これは分節時計の再同期が起きたためだと考えられてきたが、その詳細は不明であった。この過程を明らかにするために、昨年度は空間三次元の数理モデルを構築し解析を行った。その結果、再同期過程において渦状の位相パターンが組織後方に現れ、正常な体節が作られた後で再び欠陥のある体節を作ることを見出した。
今年度は、構築した数理モデルを用い、薬剤除去後初めて正常な体節が作られるまでにかかる時間と、欠陥のある体節が再び現れなくなるまでにかかる時間が、発生ステージに応じてどのように変化するかを数理的に解析し、実験データとの比較を行った。発生とともに組織長は短くなり、また組織の伸長様式も変化する。数値計算によると、組織長の短縮は、欠陥のある体節が現れなくなるまでにかかる時間を短くする。また伸長様式の変化もこの時間に影響を及ぼす。一方、正常な体節が初めて現れるまでにかかる時間は、Notchシグナルが分節時計に影響を及ぼす強さに大きく依存することが分かった。
まとめると、隣接細胞間相互作用によって生じる渦状位相パターンが、正常な体節ができた後に再び欠陥のある体節が形成される現象を引き起こす。この渦状位相パターンの動きは組織長や組織伸長によって決まるため、これらの組織パラメタは再同期過程に影響を及ぼしうる。本研究の結果は組織伸長や組織サイズの変化といった発生プロセスが、発生時計の摂動応答に影響を及ぼすことを示唆する。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (9 results)

All 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] IBioBA-MPSP(アルゼンチン)

    • Country Name
      ARGENTINA
    • Counterpart Institution
      IBioBA-MPSP
  • [Int'l Joint Research] Ecole Polytechnique Federale de Lausanne(スイス)

    • Country Name
      SWITZERLAND
    • Counterpart Institution
      Ecole Polytechnique Federale de Lausanne
  • [Int'l Joint Research] National Taiwan Ocean University(その他の国・地域 台湾)

    • Country Name
      その他の国・地域
    • Counterpart Institution
      National Taiwan Ocean University
  • [Journal Article] A saturated reaction in repressor synthesis creates a daytime dead zone in circadian clocks2019

    • Author(s)
      Uriu K., Tei H.
    • Journal Title

      PLoS Comput Biol.

      Volume: 15 Pages: e1006787

    • DOI

      doi: 10.1371/journal.pcbi.1006787.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Information flow in the presence of cell mixing and signaling delays during embryonic development2018

    • Author(s)
      Petrungaro G., Morelli L.G., Uriu K.
    • Journal Title

      Semin Cell Dev Biol.

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      doi: 10.1016/j.semcdb.2018.09.008.

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Resynchronization dynamics of the zebrafish segmentation clock2018

    • Author(s)
      瓜生 耕一郎
    • Organizer
      第70回日本細胞生物学会 第51回 日本発生生物学会合同大会
  • [Presentation] Dead zone formation by negative feedback loops in the circadian clocks2018

    • Author(s)
      瓜生 耕一郎
    • Organizer
      2018 Annual Meeting of the Society for Mathematical Biology & the Japanese Society for Mathematical Biology
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Interplay between cell movement and intercellular signaling in development2018

    • Author(s)
      瓜生 耕一郎
    • Organizer
      The JSDB-GfE young scientist exchange meeting 2018
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Dead zone formation by saturated reactions in circadian clocks2018

    • Author(s)
      瓜生 耕一郎
    • Organizer
      第25回日本時間生物学会学術大会

URL: 

Published: 2019-12-27   Modified: 2022-08-18  

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