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Biophysical understanding of cell competition mechanisms for multicellular autonomy

Planned Research

Project AreaUnderstanding multicellular autonomy by competitive cell-cell communications
Project/Area Number 21H05290
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (III)
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

平島 剛志  京都大学, 白眉センター, 特定准教授 (10620198)

Project Period (FY) 2021-09-10 – 2026-03-31
Project Status Declined (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥88,010,000 (Direct Cost: ¥67,700,000、Indirect Cost: ¥20,310,000)
Fiscal Year 2022: ¥14,040,000 (Direct Cost: ¥10,800,000、Indirect Cost: ¥3,240,000)
Fiscal Year 2021: ¥31,590,000 (Direct Cost: ¥24,300,000、Indirect Cost: ¥7,290,000)
Keywords数理モデル / メカニカルコンペティション / メカノバイオロジー / イメージング測定 / 数理モデリング
Outline of Research at the Start

機械的な力は細胞競合を制御する重要な物理的要因であり、細胞の力を起点とした細胞競合はメカニカルコンペティションと呼ばれている。本研究では、上皮組織の形状依存的に細胞競合が制御されることに着目し、力-生化学シグナル同時測定技術の高度化と数理モデリングの融合を通して、細胞競合における「形-力-シグナル分子」の連関を定量的に明らかにする。さらに、領域内連携により得られたデータを組み入れた数理モデル解析を行い、細胞競合が導く多細胞自律性生成の原理を数理・物理的観点から理解することを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

機械的な力は細胞競合を制御する重要な物理的要因であり、細胞の力を起点とした細胞競合はメカニカルコンペティションと呼ばれ、近年盛んに研究が進められている。本研究計画では、上皮組織の形状依存的に細胞競合が制御されることに着目し、力-生化学シグナル同時測定技術の高度化と数理モデリングの融合を通して、細胞競合における「形-力-シグナル分子」の連関を定量的に明らかにすることを目的とした。
2021年度の当初計画では、数理・物理的視点から個別の細胞競合現象を越えた普遍的な多細胞自律性の理解を目指すため、細胞足場形状の制御と力・シグナル活性の計測技術の開発を中心に行う予定であった。しかし、年度途中に海外研究機関への異動の可能性が浮上したため、計画遂行に必要な大型機器購入を断念し計画を変更した。
代わりに、多細胞自律性を支える細胞脱落に関する数理モデリングと理論解析を行なった。細胞脱落は生体組織から不要な細胞を排除する重要な生命現象である。共同研究者らが発見した細胞外小胞が形成されることで細胞脱落が促進される現象を数理モデル化し、数値シミュレーション解析を行うことでどのようなメカニズムで細胞脱落が実行されるのかを詳細に調べた。その結果、脱落細胞が局所領域において細胞外小胞を形成することで、隣接細胞が脱落細胞側に侵入しやすい領域が生み出されることを理論的に示唆した。また、細胞脱落を促進するための適切な細胞外小胞形成の時空間分布に関して提案した。本研究成果は論文として取りまとめ、プレプリントにて公表した。また、本研究を通して得られた知見は2報の総説として発表した。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Report

(1 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2022 2021 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 7 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Mechanical feedback control for multicellular tissue size maintenance: a minireview2022

    • Author(s)
      Tsuyoshi Hirashima
    • Journal Title

      Frontiers in Cell and Developmental Biology

      Volume: 9

    • DOI

      10.3389/fcell.2021.820391

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Live imaging approach of dynamic multicellular responses in ERK signaling during vertebrate tissue development2022

    • Author(s)
      Hirashima Tsuyoshi
    • Journal Title

      Biochemical Journal

      Volume: 479 Issue: 2 Pages: 129-143

    • DOI

      10.1042/bcj20210557

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Stalling interkinetic nuclear migration in curved pseudostratified epithelium of developing cochlear duct2021

    • Author(s)
      Ishii M., Tateya T., Matsuda M. and Hirashima T.
    • Journal Title

      Royal Society Open Science

      Volume: 8 Issue: 12 Pages: 211024-211024

    • DOI

      10.1098/rsos.211024

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] マウス精巣上体における精子集団運動2022

    • Author(s)
      平島剛志
    • Organizer
      学術変革 ジオラマ行動力学シンポジウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 細胞集団運動におけるメカノケミカルフィードバック2021

    • Author(s)
      平島剛志
    • Organizer
      第33回バイオエンジニアリング講演会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Mechanochemical feedbacks in collective cell motion2021

    • Author(s)
      平島剛志
    • Organizer
      NIPS International Symposium, "Frontiers in Epithelial Cell Biology"
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ERK-mediated Curvature Feedback in Branching Morphogenesis of Lung Epithelial Tissue2021

    • Author(s)
      平島剛志
    • Organizer
      日本生化学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Mechanochemical feedbacks in collective cell migration of epithelial cells2021

    • Author(s)
      平島剛志
    • Organizer
      日本生物物理学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Mechano-chemical feedbacks for self-organized pattern formation in epithelial tissues2021

    • Author(s)
      平島剛志
    • Organizer
      日本分子生物学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ERK-mediated curvature feedback regulates branching morphogenesis in lung epithelial tissue2021

    • Author(s)
      平島剛志
    • Organizer
      Asian-pacific Biomech 2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Remarks] 研究代表者のホームページ

    • URL

      https://sites.google.com/view/hirashima-group/home?authuser=0

    • Related Report
      2021 Annual Research Report

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Published: 2021-10-22   Modified: 2022-12-28  

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