2017 Fiscal Year Annual Research Report
PI3Kシグナルと幹細胞動態の階層的数理解析による自己組織化機構の解明
Publicly Offered Research
| Project Area | Integrative understanding of biological signaling networks based on mathematical science |
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| Project/Area Number |
17H05997
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| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
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Principal Investigator |
難波 大輔 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 准教授 (10380255)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 表皮角化幹細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、まず、ヒト表皮角化細胞でのPI3Kシグナルを定量的に可視化するため、PIP3に結合するAktのPHドメインにmCherryを融合させたタンパク質 (AktPH-mCherry)と、PIP2に結合するPTENにGFPを融合させたタンパク質(GFP-PTEN)を、2Aペプチドを用いてシングルベクター上によって等量発現させるレンチウイルスベクターの作製を行い、実際にヒト表皮角化細胞に感染させ、その発現を確認することができた。実験の結果、運動能の高いヒト表皮角化細胞と運動能の低いヒト表皮角化細胞で、その発現分布を確認したところ、AktPH-mCherryの分布に違いが確認された。現在、PI3Kシグナルを可視化したヒト表皮角化細胞を用いたタイムラプス観察のよって、角化細胞の分裂や運動に、このシグナル系がどのように寄与しているかを定量的に解析している。また、ヒト表皮角化細胞のタイムラプス観察から得られた知見を基にして、分裂活性と運動活性を持つ表皮角化細胞の動態を数理モデル化し、１個の角化細胞が分裂を繰り返しながら、最終的に数百個の細胞から構成されるコロニーの形成過程を計算機上で再現することに成功した。さらにこのシミュレーションを拡張し、再生医療に応用されている培養表皮シートの形成過程も計算機上で再現することに成功した。PI3Kシグナル活性の定量解析の結果を、細胞内シグナル伝達の反応拡散系モデルと細胞動態のモデル化に反映させることで、本研究の目的である分子・細胞・組織レベルでの多階層数理解析による培養表皮シート形成過程の解明が可能になると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、PI3Kシグナルを生細胞で可視化する蛍光プローブの開発に成功し、また、ヒト表皮角化細胞での発現誘導も確認できた。角化細胞の動態解析手法、さらに自発的表皮形成モデルなど、解析を行う実験系が確立できた。幹細胞動態の数理モデル化と数値シミュレーションによる研究も予定どおりに進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
培養ヒト表皮角化細胞でのPI3Kシグナルの定量データを取得し、それをヒト表皮角化細胞動態とリンクした反応拡散系モデルの構築、さらには、そのモデルと細胞動態の物理モデルとの融合を目指す。また、糖尿病罹患患者由来表皮角化細胞でも同様の実験を行う。
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