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Coordination of FGF and Wnt in the construction of the hierarchical branching structure of lung

Research Project

Project/Area Number 18K06260
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 44020:Developmental biology-related
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

今村 寿子  九州大学, 医学研究院, 助教 (30523790)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2023-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords数理モデル / 分岐形成 / 肺 / 血管 / 細胞運動 / 分岐 / FGF / Wnt
Outline of Annual Research Achievements

肺気管支でみられる分岐構造の階層性について、分岐枝長が上皮のlaplacian成長に依存することと、分岐枝径が細胞形状に依存することを、数理モデルを用いて示してきた。本年度は、細胞形状依存的な分岐形成について数理解析を行い、頂端収縮と組織成長によって、組織形態の力学的不安定化が引き起こされることを理論的に説明した。また、分岐枝長と分岐枝径の双方の制御を組み込んだ数理モデルを構築し、近位側の太く長い管腔と、遠位側の細く短い管腔の、それぞれの形成を再現する条件を明らかにした。以上の研究成果について、日本分子生物学会のワークショップで講演した。
分岐現象とその階層性をテーマとした本研究の新しい展開として、血管形成を対象に新しい数理モデル系を開発した。血管内皮細胞による自発的なネットワーク構造の形成を、細胞の細長い形状、細胞間の接着、およびランダムな運動方向制御によって説明することができた。本モデルでは、細胞増殖が分岐頻度を高めることも明らかになった。この研究成果は日本数理生物学会のポスター発表にまとめた。現在は分岐頻度についての数理解析に取り組んでいる。また、大脳では、組織によって異なる血管パターンが見られるが、この制御機構を解析していく共同研究をスタートさせた。血管モデルでは、分岐頻度によってネットワークの密度が変化する。分岐頻度の制御は、肺気管支とはまた別の原理が働くことが明らかになった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

肺気管支モデルの論文発表が完了できなかった。一方で血管モデルの数値計算が順調に進み、分岐パターンのバリエーションを表現できるようになった。

Strategy for Future Research Activity

肺気管支と血管形成を通して、様々な分岐原理を取り扱うことができたので、それぞれを比較して統合的な理解につなげたい。血管モデルについては、数理解析と実験観察・生物学的解釈を加えた検討を行う段階に入り、次年度中に論文発表する計画である。

Report

(4 results)
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report

Research Products

(10 results)

All 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 3 results) Presentation (5 results) (of which Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Mathematical Modeling of Dynamic Cellular Association Patterns in Seminiferous Tubules2021

    • Author(s)
      Kawamura Mari、Sugihara Kei、Takigawa-Imamura Hisako、Ogawa Toshiyuki、Miura Takashi
    • Journal Title

      Bulletin of Mathematical Biology

      Volume: 83 Pages: 33-33

    • DOI

      10.1007/s11538-021-00863-x

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Mechanism underlying dynamic scaling properties observed in the contour of spreading epithelial monolayer2020

    • Author(s)
      Oguma Toshiki、Takigawa-Imamura Hisako、Miura Takashi
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 102 Pages: 062408-062408

    • DOI

      10.1103/physreve.102.062408

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Excess Pyrophosphate Restrains Pavement Cell Morphogenesis and Alters Organ Flatness in Arabidopsis thaliana2020

    • Author(s)
      Gunji Shizuka、Oda Yoshihisa、Takigawa-Imamura Hisako、Tsukaya Hirokazu、Ferjani Ali
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: 11 Pages: 31-31

    • DOI

      10.3389/fpls.2020.00031

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Mark1 regulates distal airspace expansion through type I pneumocyte flattening in lung development2019

    • Author(s)
      Fumoto Katsumi、Takigawa-Imamura Hisako、Sumiyama Kenta、Yoshimura Shige H.、Maehara Natsumi、Kikuchi Akira
    • Journal Title

      J. Cell Sci.

      Volume: 132

    • DOI

      10.1242/jcs.235556

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] PtdIns (3, 5) P 2 mediates root hair shank hardening in Arabidopsis2019

    • Author(s)
      Tomoko Hirano, Hiroki Konno, Seiji Takeda, Liam Dolan, Mariko Kato, Takashi Aoyama, Takumi Higaki, Hisako Takigawa-Imamura, Masa H Sato
    • Journal Title

      Nature Plants

      Volume: 11 Pages: 447-447

    • DOI

      10.1038/s41477-019-0416-x

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 肺のヒエラルキー構造形成メカニズムの数理モデル2021

    • Author(s)
      今村寿子
    • Organizer
      第44回日本分子生物学会年会,
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 血管内皮細胞集団による分岐構造形成のモデル化2021

    • Author(s)
      平野才人, 今村寿子
    • Organizer
      第31回日本数理生物学会大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 気管支の階層構造を生み出すメカニズムを実験と数理モデルから考える2019

    • Author(s)
      今村寿子
    • Organizer
      第92回日本生化学会大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 肺の形態形成 II:細胞形状制御による組織変形の数理モデル2019

    • Author(s)
      今村寿子、麓勝己、三浦岳
    • Organizer
      反応拡散系と実験の融合2
    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] FGFとWntの協同による肺分岐のヒエラルキー構造形成2018

    • Author(s)
      今村寿子、麓勝己、三浦岳
    • Organizer
      第15回 生物数学の理論とその応用 -次世代の数理科学への展開-への参加
    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Invited

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Published: 2018-04-23   Modified: 2022-12-28  

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