Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
細胞集団は自身を構成する個々の細胞と相互に影響を及ぼし合い、組織の自律性を産み出している。異種細胞集団間で競合的コミュニケーションが発生する細胞競合の存在下では、競合的コミュニケーションと集団-細胞間の相互フィードバックが協調することにより、組織の自律性が生み出されている。この自律性生成メカニズムを理解するために、相分離現象の記述に用いられる二相流体モデルに基づき、細胞集団の境界の形と場所ごとの細胞の形の双方を記述する数理モデルを構築する。数理モデルにより組織の自律性を生成するの普遍的なメカニズムを明らかにするとともに、実験データから細胞競合の性質を推定・定量化する手法を確立する。
細胞増殖や細胞死が存在しない条件下では細胞数が保存し、細胞集団の境界における複雑な形状を取ることが可能な連続体モデルに、局所的に働く力の影響を導入することで、組織内の一部の場所で発揮される力が組織全体に及ぼす影響について議論することを目指した。はじめの単純な例として、正常細胞と変異細胞のそれぞれの集団の境界の形に応じて力が発揮されるという数理モデルの構築に取り組んだ。その結果、集団の境界の形は直感通りに変形することを確認すると同時に、直接は力が発揮されていない組織内の場所において、複雑な力が働く可能性を予測した。また、実験で観察されているような境界の形状を保つためには、単純には予想できない局所的な力が細胞集団に働いている可能性を示唆した。また、生体内で報告されているようなブロードな分布を持つ遺伝子発現量に基づく細胞競合において、どの程度厳密に細胞死の対象を制御することがシステムとして見た組織の運用に適しているかという問題を議論するため、格子モデルを構築した。この数理モデルのシミュレーションは厳密な制御は組織全体のFitnessを向上させるものの、細胞死とそれを埋めるための細胞分裂の必要数も増加させることを示した。また、この数理モデルにおいて細胞間の遺伝子発現量の比較にノイズを加えたところ、厳密すぎる制御ではfitnessが上がりきらず、必要な細胞死や細胞分裂の数が増大してしまうことを明らかにした。また、このシミュレーションにより、遺伝子発現量のゆらぎや許容しうる細胞死の数により、組織にとって最適な細胞死誘導戦略があることを示唆した。
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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