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2012 Fiscal Year Annual Research Report

形態形成ダイナミクスのマルチスケールメカノバイオロジー解析手法の構築

Publicly Offered Research

Project AreaFrom molecules, cells to organs : trans-hierarchical logic for higher-order pattern and structures
Project/Area Number 23127506
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

井上 康博  京都大学, 再生医科学研究所, 准教授 (80442929)

Project Period (FY) 2011-04-01 – 2013-03-31
Keywordsメカノバイオロジー / 形態形成 / シミュレーション / マルチスケール / 発生・分化
Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、形態形成過程に見られる組織階層における多細胞間の協調によるダイナミクスと細胞階層の力場・細胞変形との関連、さらに細胞変形によって生じる分子階層の力学-生化学変換について、アクチン細胞骨格系の力学-生化学連成を中心に、階層間接続するマルチスケールメカノバイオロジーの解析手法の構築を目指している。本年度は、以下の成果を得た。
(1)分子スケール:アクチンフィラメントに対する張力負荷は、フィラメント内のアミノ酸残基の位置を一様に変化させるのではなく、特定のアミノ酸残基群からなる立体構造を変化させることがわかった。そのようなアミノ酸残基群には、張力感受的な相互作用変調が実験的に示唆されているタンパク質との結合ドメインが含まれていたことから、張力感受の分子実体に迫る重要な知見が得られたと考えられる。(2)分子集団・細胞スケール:アクチン-ミオシン間相互作用の張力感受性を数理モデル化し、1分子レベルの張力感受性から分子集団・細胞レベルの張力感受的な構造適応が生じる仕組をシミュレーションにより示した。分子から細胞に至る階層を超えた力感受のロジックに繋がる重要な成果である。(3)組織スケール:形態形成の多細胞動態を表すために前年度に構築した数理モデル(RNRモデル)を用いて、形態形成に必須の細胞活動である細胞増殖の数理モデルを構築した。構築したモデルによるシミュレーションから、細胞レベルの特性量である細胞分裂軸の変調が組織レベルの成長過程における形状変化に与える影響を解析することができるようになり、細胞から組織に至る組織形状構築に関するロジック抽出に必要不可欠のメカノバイオロジー手法を構築することに成功した。以上の成果を査読英文誌(4報)において発表した。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (21 results)

All 2013 2012 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (16 results) (of which Invited: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Apical contractility in growing epithelium supports robust maintenance of smooth curvatures against cell-division-induced mechanical disturbance2013

    • Author(s)
      Satoru Okuda, Yasuhiro Inoue, Mototsugu Eiraku, Yoshiki Sasai, Taiji Adachi
    • Journal Title

      Journal of Biomechanics

      Volume: 未定 Pages: 未定

    • DOI

      in press

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Modeling cell proliferation for simulating three-dimensional tissue morphogenesis based on a reversible network reconnection framework2013

    • Author(s)
      Satoru Okuda, Yasuhiro Inoue, Mototsugu Eiraku, Yoshiki Sasai, Taiji Adachi
    • Journal Title

      Biomechanics and Modeling in Mechanobiology

      Volume: 未定 Pages: 未定

    • DOI

      10.1007/s10237-012-0458-8

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Role of the actin-myosin catch bond on actomyosin aggregate formation2013

    • Author(s)
      Yasuhiro Inoue, Taiji Adachi
    • Journal Title

      Cellular and Molecular Bioengineering

      Volume: 6 Pages: 3-12

    • DOI

      10.1007/s12195-012-0265-4

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Reversible network reconnection model for simulating large deformation in dynamic tissue morphogenesis2012

    • Author(s)
      Satoru Okuda, Yasuhiro Inoue, Mototsugu Eiraku, Yoshiki Sasai, Taiji Adachi
    • Journal Title

      Biomechanics and Modeling in Mechanobiology

      Volume: 未定 Pages: 未定

    • DOI

      10.1007/s10237-012-0430-7

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Biomechanical Simulation of Tissue Morphogenesis Based on Multicellular Interactions2013

    • Author(s)
      Taiji Adachi, Satoru Okuda, Yasuhiro Inoue
    • Organizer
      International Symposium on Bio Medical Engineering Interface
    • Place of Presentation
      東北大学
    • Year and Date
      2013-03-14 – 2013-03-15
    • Invited
  • [Presentation] リバーシブル・ネットワーク・リコネクションモデルに基づく組織形態形成シミュレーションのための細胞増殖の数理モデル化2013

    • Author(s)
      奥田 覚,井上 康博,永樂 元次,笹井 芳樹,安達 泰治
    • Organizer
      日本機械学会第25回バイオエンジニアリング講演会
    • Place of Presentation
      産業技術総合研究所(つくば)
    • Year and Date
      2013-01-09 – 2013-01-11
  • [Presentation] 分子動力学法を用いたアクチンフィラメントの張力感受に関わるアミノ酸残基群の力学的挙動の検討2013

    • Author(s)
      近藤 由章, 井上 康博, 安達 泰治
    • Organizer
      日本機械学会第25回バイオエンジニアリング講演会
    • Place of Presentation
      産業技術総合研究所(つくば)
    • Year and Date
      2013-01-09 – 2013-01-11
  • [Presentation] マルチースケール多細胞力学系シミュレーション2012

    • Author(s)
      井上 康博
    • Organizer
      日本応用数理学会数理医学研究部会第30回数理医学セミナー
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      2012-12-25 – 2012-12-25
    • Invited
  • [Presentation] 形態形成ダイナミクスのマルチスケール計算メカノバイオロジー2012

    • Author(s)
      井上康博,安達泰治
    • Organizer
      第4回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
    • Place of Presentation
      北九州市
    • Year and Date
      2012-10-22 – 2012-10-24
  • [Presentation] 分子動力学法を用いたアクチンフィラメントの張力感受に関わるアミノ酸残基群の力学的挙動の検討2012

    • Author(s)
      近藤 由章, 井上 康博, 安達 泰治
    • Organizer
      第4回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
    • Place of Presentation
      北九州市
    • Year and Date
      2012-10-22 – 2012-10-24
  • [Presentation] 分子動力学法によるコフィリン修飾アクチンフィラメントの平衡化シミュレーション2012

    • Author(s)
      藤井 徹矢, 井上 康博, 安達 泰治
    • Organizer
      日本機械学会第23回バイオフロンティア講演会
    • Place of Presentation
      弘前市
    • Year and Date
      2012-10-05 – 2012-10-06
  • [Presentation] 骨梁リモデリングにおけるシグナル伝達機構の数理モデル化2012

    • Author(s)
      竹中 健太郎, 井上 康博, 安達 泰治
    • Organizer
      日本機械学会第23回バイオフロンティア講演会
    • Place of Presentation
      弘前市
    • Year and Date
      2012-10-05 – 2012-10-06
  • [Presentation] Large Deformation of Multicellular Tissues during Morphogenesis Using Reversible Network Reconnection Model2012

    • Author(s)
      Satoru Okuda, Yasuhiro Inoue, Mototsugu Eiraku, Yoshiki Sasai, and Taiji Adachi
    • Organizer
      Exciting Biologies: Forces in Biology
    • Place of Presentation
      アイルランド
    • Year and Date
      2012-10-04 – 2012-10-06
  • [Presentation] Molecular dynamics model of cofilactin filament2012

    • Author(s)
      Tetsuya Fujii, Yasuhiro Inoue, Taiji Adachi
    • Organizer
      第50回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      名古屋大学
    • Year and Date
      2012-09-22 – 2012-09-24
  • [Presentation] Simulations of large deformation during tissue morphogenesis using reversible network reconnection model2012

    • Author(s)
      Satoru Okuda, Yasuhiro Inoue, Mototsugu Eiraku, Yoshiki Sasai, Taiji Adachi
    • Organizer
      第50回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      名古屋大学
    • Year and Date
      2012-09-22 – 2012-09-24
  • [Presentation] Molecular Dynamics Simulation of Actin Filament2012

    • Author(s)
      Yasuhiro Inoue, Shinji Matsushita, Taiji Adachi
    • Organizer
      KSME-JSME Joint Symposium on CM CAE 2012
    • Place of Presentation
      金沢大学
    • Year and Date
      2012-09-12 – 2012-09-12
    • Invited
  • [Presentation] 分子動力学法を用いたアクチンフィラメント内サブユニットの力学的挙動の検討2012

    • Author(s)
      近藤 由章, 松下 慎二, 井上 康博, 安達 泰治
    • Organizer
      日本機械学会2012年度年次大会
    • Place of Presentation
      金沢大学
    • Year and Date
      2012-09-10 – 2012-09-12
  • [Presentation] Rearrangement dynamics of contractile actomyosin networks2012

    • Author(s)
      Yasuhiro Inoue, Shunsuke Tsuda, Koji Nakagawa, Masaki Hojo, Taiji Adachi
    • Organizer
      10th World Congress on Computational Mechanics
    • Place of Presentation
      ブラジル
    • Year and Date
      2012-07-08 – 2012-07-13
  • [Presentation] Mathematical model for large deformations of multiple-cell aggregate during tissue morphogenesis2012

    • Author(s)
      Satoru Okuda, Yasuhiro Inoue, Mototsugu Eiraku, Yoshiki Sasai, Taiji Adachi
    • Organizer
      10th World Congress on Computational Mechanics
    • Place of Presentation
      ブラジル
    • Year and Date
      2012-07-08 – 2012-07-13
  • [Presentation] Mechanical Behavior of Actin Filaments under Tension: A Molecular Dynamics Simulation Study2012

    • Author(s)
      Taiji Adachi, Shinji Matsushita, Yashihiro Inoue
    • Organizer
      10th International Symposium on Biomechanics and Biomedical Engineering
    • Place of Presentation
      ドイツ
    • Year and Date
      2012-04-11 – 2012-04-14
    • Invited
  • [Remarks] 京都大学教育活動データベース

    • URL

      http://kyouindb.iimc.kyoto-u.ac.jp/j/lS2qY

URL: 

Published: 2018-02-02  

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