細胞内信号伝達経路の数理モデリング

• 研究領域: 数理解析に基づく生体シグナル伝達システムの統合的理解
• 研究課題/領域番号: 16H06576
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 複合領域
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 鈴木 貴 大阪大学, 数理・データ科学教育研究センター, 特任教授(常勤) (40114516)
• 研究期間 (年度): 2016-06-30 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 97,370千円 (直接経費: 74,900千円、間接経費: 22,470千円); 2020年度: 19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円); 2019年度: 19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円); 2018年度: 19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円); 2017年度: 19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円); 2016年度: 20,930千円 (直接経費: 16,100千円、間接経費: 4,830千円)
• キーワード: 数理腫瘍学 / NF-κB経路 / リン酸化 / 力学系理論 / 薬剤耐性 / ゲフィチニブ / MET / 次元解析 / 数理モデリング / 信号伝達経路 / ハイブリッドシミュレーション / 非線形数学解析

研究成果の概要

細胞は生命現象の基本的な単位である。細胞は外界からの刺激を感知し、その情報を細胞内蛋白質の状態変化に反映してシグナルにする。その機構の破綻は癌、自己免疫疾患、糖尿病、神経変性疾患など様々な疾患に直結する。本研究は生命科学と数理科学の協働の下に、実験を補強するための数理的方策を新たに開発し、数理モデリングとデータサイエンスを用いて複雑な細胞内シグナル伝達の機微を数式によって精密かつ簡潔に記述し、数値シミュレーションによって未知の経路を予測したものである。

研究成果の学術的意義や社会的意義

計測技術の進展により、既存の知見では説明できないような微細な生命動態が定量的に観測されるようになり、生物学におけるデータの分析、モデル化、予測のデジタル化が広く求められている。本研究は数理科学と生命科学が融合した新しい研究領域である「数理腫瘍学」を確立し、その期待に応えたもので、基礎医学に強力で斬新な方法を提供する一方、新しい応用分野を開拓して数学研究を活性化させた。本研究で予測したいくつかの反応経路は実験で確かめられ、その方法の有用性が実証されている。

研究成果

• [国際共同研究] レンヌ師範大学(フランス)
• [国際共同研究] Univerisity of Chester(英国)
• [国際共同研究] マレーシア工科大学(マレーシア)
• [国際共同研究] グラーツ工科大学(オーストリア)
• [国際共同研究] レンヌ高等師範学校(フランス)
• [国際共同研究] Institut de Recherche Mathmatique/Institut de Mathmatiques de Bordeaux(フランス)
• [雑誌論文] Multicellular model of angiogenesis (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakazawa Takashi、Tasaki Sohei、Nakai Kiyohiko、Suzuki Takashi
  • 雑誌名: AIMS Bioengineering 巻: 9 号: 1 ページ: 44-60
  • DOI: 10.3934/bioeng.2022004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Expression of Cancer Stem Cell Markers EpCAM and CD90 Is Correlated with Anti- and Pro-Oncogenic EphA2 Signaling in Hepatocellular Carcinoma (2021)
  • 著者名/発表者名: Asakura Nobuhiko、Nakamura Naotoshi、Muroi Atsushi、Nojima Yosui、Yamashita Taro、Kaneko Shuichi、Ikeda Kazuki、Koshikawa Naohiko、Suzuki Takashi
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 22 号: 16 ページ: 8652-8652
  • DOI: 10.3390/ijms22168652
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] NFAT indicates nucleocytoplasmic damped oscillation via its feedback modulator (2021)
  • 著者名/発表者名: Muramatsu Masashi、Ito Takeshi、Shimoji Hokuto、Komiya Miko、Miyamura Yuri、Nishiyama Koichi、Suzuki Takashi、Minami Takashi
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 571 ページ: 201-209
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.07.072
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Level set method for free boundary of invasive cancer cell using different functions of matrix metalloproteinases (2021)
  • 著者名/発表者名: Yaacob Noorehan、Shafie Sharidan、Suzuki Takashi、Admon Mohd Ariff
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 1988 号: 1 ページ: 012020-012020
  • DOI: 10.1088/1742-6596/1988/1/012020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cellular and Mathematical Analyses of LUBAC Involvement in T Cell Receptor-Mediated NF-κB Activation Pathway (2020)
  • 著者名/発表者名: D.Oikawa, N.Hatanaka, T.Suzuki, F.Tokunaga
  • 雑誌名: Frontiers in Immunology 巻: 11 ページ: 601926-601926
  • DOI: 10.3389/fimmu.2020.601926
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 肝細胞癌のシグナル伝達と生物統計による層別化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 貴、朝倉暢彦、越川直 彦、室井敦
  • 雑誌名: Precision Medicine 巻: 3 ページ: 1224-1230
• [雑誌論文] Critical roles of IκBα and RelA phosphorylation in transitional oscillation in NF －κB signaling module (2019)
  • 著者名/発表者名: N. Hatanaka, T. Seki, J. Inoue, A. Tero，T.Suzuki
  • 雑誌名: J. Theor. Biol 巻: 462 ページ: 479-489
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Two-dimensional signal transduction during the formation of invadopodia (2019)
  • 著者名/発表者名: N.A.N. Azuan, N. Yaacob, T. Suzuki, C. Poignard, S. Shafie, M.A.B. Admon
  • 雑誌名: Malaysian J. Math. Sci 巻: 13(2) ページ: 155-164
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 細胞内シグナル伝達経路の数理モデリング (2019)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 貴
  • 雑誌名: 細胞 ニューサイエンス社 巻: 51（7） ページ: 360-364
• [雑誌論文] Mathematical analysis of gefitinib resistance of lung adenocarcinoma caused by MET amplification (2019)
  • 著者名/発表者名: Ito Takeshi, Kumagai Yuki, Itano Keiko, Maruyama Tomoko, Tamura Kenji, Kawasaki Shuji, Suzuki Takashi, Murakami Yoshinori
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 511 号: 3 ページ: 544-550
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2019.02.086
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Critical roles of IκBα and RelA phosphorylation in transitional oscillation in NF-κB signaling module (2019)
  • 著者名/発表者名: Hatanaka Naoya、Seki Takao、Inoue Jun-ichiro、Tero Atsushi、Suzuki Takashi
  • 雑誌名: Journal of Theoretical Biology 巻: 462 ページ: 479-489
  • DOI: 10.1016/j.jtbi.2018.11.023
  • 査読あり
• [雑誌論文] Asymptotic behaviour of the solutions to a virus dynamics model with diffusion (2018)
  • 著者名/発表者名: Toru Sasaki and Takashi Suzuki
  • 雑誌名: Discrete and Continuous Dynamical Systems, Series B 巻: 23-2 号: 2 ページ: 525-541
  • DOI: 10.3934/dcdsb.2017206
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study on the tumor-induced angiogenesis using mathematical models (2017)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Takashi、Minerva Dhisa、Nishiyama Koichi、Koshikawa Naohiko、Chaplain Mark Andrew Joseph
  • 雑誌名: Cancer Science 巻: 109 号: 1 ページ: 15-23
  • DOI: 10.1111/cas.13395
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Free boundary problem for cell protrusion formations: theoretical and numerical aspects (2017)
  • 著者名/発表者名: O. Gallinato, M. Ohta, C. Poignard), T. Suzuki
  • 雑誌名: J. Math. Biol. 巻: 75 ページ: 263-307
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Reaction enhancement by chemotaxis in a model describing fertization of corals (2017)
  • 著者名/発表者名: E. Espejo, T. Suzuki
  • 雑誌名: Nonlinear Analysis: Real World Applications 巻: 35 ページ: 102-131
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A priori bounds for superlinear elliptic equations with semidefinite nonlinearity (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuki Naito, Takashi Suzuki, Yohei Toyota
  • 雑誌名: Nonlinear Anal. 巻: 151 ページ: 18-40
  • DOI: 10.1016/j.na.2016.11.016
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Global-in-time behavior of weak solutions to reaction?diffusion systems with inhomogeneous Dirichlet boundary condition (2017)
  • 著者名/発表者名: Pierre Michel、Suzuki Takashi、Umakoshi Haruki
  • 雑誌名: Nonlinear Analysis 巻: 159 ページ: 393-407
  • DOI: 10.1016/j.na.2017.01.013
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Finding Solvable Units of Variables in Nonlinear ODEs of ECM Degradation Pathway Network (2017)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki Shuji、Minerva Dhisa、Itano Keiko、Suzuki Takashi
  • 雑誌名: Computational and Mathematical Methods in Medicine 巻: 2017 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1155/2017/5924270
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Asymptotic behavior of solutions to chemical reaction diffusion systems (2017)
  • 著者名/発表者名: Pierre Michel、Suzuki Takashi、Zou Rong
  • 雑誌名: Journal of Mathematical Analysis and Applications 巻: 450 号: 1 ページ: 152-168
  • DOI: 10.1016/j.jmaa.2017.01.022
  • 査読あり
• [雑誌論文] On the dynamics of a non-local parabolic equation associated with Gierer-Meinhardt system (2017)
  • 著者名/発表者名: N.I. Kavallaris, T. Suzuki
  • 雑誌名: Nonlinearity 巻: 30 ページ: 1734-1761
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dissipative reaction diffusion systems with quadratic growth (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki, M.Pierre, Y. Yamada
  • 雑誌名: Indiana University Mathematics Journal, Indiana University Mathematics Journal 巻: －
  • 国際共著
• [学会発表] 細胞の生き死にを決定するアナログ・デジタル変換システムの解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 森泉 寿士、中村 貴紀、曺 永旻、河西 通、武田 洋幸、鈴木 貴、武川 睦寛
  • 学会等名: 日本細胞生物学会 第73回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] 数理解析手法を駆使した「中心体複製開始機構とその破綻によって惹 起される発癌機構」の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中村 貴紀、渡海 紀子、中澤 崇、森 竜樹、鈴木 貴、武川 睦寛
  • 学会等名: 第80回日本癌学会学術総会
• [学会発表] がん幹細胞マーカーによる肝細胞がんの分類と EphA2 シグナル伝達 (2021)
  • 著者名/発表者名: 朝倉 暢彦、室井 敦、中村 直俊、野島 陽水 、越川 直彦、鈴木 貴
  • 学会等名: 第80回日本癌学会学術総会
• [学会発表] EphA2 および EGFR を介した肝細胞がん進展の数理モデリング (2021)
  • 著者名/発表者名: 中村 直俊、室井 敦、朝倉 暢彦 、鈴木 貴、越川 直彦
  • 学会等名: 第80回日本癌学会学術総会
• [学会発表] 数理腫瘍学の方法 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 貴
  • 学会等名: 第35回ファジィシステムシンポジウム
• [学会発表] 数理モデルと逆相蛋白質アレイデータによる肝細胞がん悪性化シグナル経路の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 貴
  • 学会等名: 日本生化学会大会
• [学会発表] T細胞におけるLUBACを介したNF-κB活性化機構の数理的解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 畑中尚也
  • 学会等名: 応用数理学会 2019年度 年会（東京大学）
• [学会発表] 細胞内タンパク質NF-κBに関する遷移的な振動現象の数理的解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 畑中尚也
  • 学会等名: 第41回発展方程式若手セミナー（群馬県）
• [学会発表] T細胞におけるLUBACを介したNF-κB活性化機構の数理的解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 畑中尚也
  • 学会等名: 新学術領域研究「数理シグナル」第3回 若手ワークショップ（愛媛県松山市）
• [学会発表] 数理腫瘍学の方法 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鈴木貴
  • 学会等名: 第 35 回ファジィシステムシンポジウム（大阪大学）
• [学会発表] 数理モデルと逆相蛋白質アレイデータによる肝細胞がん悪性化シグナル 経路の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鈴木貴
  • 学会等名: 第92回 日本生化学会大会（神奈川県）
  • 国際学会
• [学会発表] 臨床データと数理モデルを用いた悪性化シグナル経路の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鈴木貴
  • 学会等名: 日本がん 転移学会学術集会・総会（神奈川県）
• [学会発表] NF-κ B シグナル減衰振動における再現性と非再現性の由来 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鈴木貴
  • 学会等名: 第 91 回 日本生化学会大会（京都府）
  • 国際学会
• [学会発表] Resolution of chemotactic paradox (2018)
  • 著者名/発表者名: 鈴木貴
  • 学会等名: JSPS Core-to-Core Annual Meeting（Univ. Bordeaux）
  • 国際学会
• [学会発表] 2D Smoluchowski-Poisson equation and defect measures, Key Note (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki
  • 学会等名: International Workshop on Nonlinear PDEs of Chemotaxis and Related Topics, Chung-Ang University, Seoul
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Epithelial-Mesenchymal Transition modeling (2018)
  • 著者名/発表者名: Thomas Michel
  • 学会等名: MMDS, Institute of Medical Science, Graduate School of Frontier Sciences Graduate School of Engineering Workshop (Part 1)
• [学会発表] Epithelial-Mesenchymal Transition modeling (2018)
  • 著者名/発表者名: Thomas Michel
  • 学会等名: Cell Diversity Workshop
• [学会発表] Epithelial-Mesenchymal Transition modeling (2018)
  • 著者名/発表者名: Thomas Michel
  • 学会等名: JSPS Core-to-Core Annual Meeting in St Andrews
  • 国際学会
• [学会発表] Reaction diffusion systems with quadratic growth (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki
  • 学会等名: PDE seminar, Manheim University
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 数理科学を用いた腫瘍学研究の現況 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木貴
  • 学会等名: 昭和大学分子腫瘍学研セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Numerical simulation in Oncology (2017)
  • 著者名/発表者名: Thomas Michel
  • 学会等名: MMDS study group on mathematical methods in health and medical care
• [学会発表] Study on Angiogenesis using Mathematical Method (2017)
  • 著者名/発表者名: Dhisa Minerva
  • 学会等名: Career in Mathematics Class, mathematics Department, Institute of Technology Bandung
• [学会発表] Study of Angiogenesis: Formation and Maturation of New Blood Vessels, using Mathematical Hybrid Modeling and Simulation (2017)
  • 著者名/発表者名: Dhisa Minerva
  • 学会等名: 数理シグナル第１回 若手ワークショップ
• [学会発表] The Study of Tip Cell and Stalk Cell Migration in Response to VEGF Gradient in Angiogenesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Dhisa Minerva
  • 学会等名: 日本応用数理学会2017年度 年会
• [学会発表] The Study of Interaction of Tip Cell, Stalk Cell, and VEGF in Angiogenesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Dhisa Minerva
  • 学会等名: 第76回 日本癌学会学術総会
  • 招待講演
• [学会発表] Chemotaxis Paradox in Arterial Patch Grafting (2017)
  • 著者名/発表者名: Dhisa Minerva
  • 学会等名: Mathematical Oncology Annual meeting
  • 招待講演
• [図書] Applied Analysis - Mathematics for Science, Technology, Engineering, third edition (2022)
  • 著者名/発表者名: Takashi Suzuki
  • 総ページ数: 688
  • 出版者: World Scientific Publishing Company
  • ISBN: 9789811257353
• [図書] Methods of Mathematical Oncology, Fusion of Mathematics and Biology, Osaka, Japan, October 26-28, 2020 (2021)
  • 著者名/発表者名: Takashi Suzuki (編集), Clair Poignard (編集), Mark Chaplain (編集), Vito Quaranta (編集)
  • 総ページ数: 320
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 9789811648656
• [図書] 数理腫瘍学の方法＝計算生物学入門 (2020)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 貴
  • 総ページ数: 119
  • 出版者: 培風館
• [図書] Non-Local Partial Differential Equations for Engineering and Biology (2018)
  • 著者名/発表者名: Nikos Kavallaris ,Takashi Suzuki
  • 出版者: Springer International Publishing
  • ISBN: 9783319679440
• [図書] Mathematical methods for cancer evolution (2017)
  • 著者名/発表者名: Takashi Suzuki
  • 総ページ数: 144
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 9789811036705
• [図書] 生命科学で使える はじめての数理モデルとシミュレーション (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 貴
  • 総ページ数: 239
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758103619
• [図書] Mathematical Methods for Cancer Evolution (2017)
  • 著者名/発表者名: Takashi Suzuki
  • 出版者: Springer Singapore
  • ISBN: 9789811036712
• [備考] 大阪大学大学院 基礎工学研究科システム創成専攻 数理科学領域 鈴木貴研究室
  • URL: http://www-mmds.sigmath.es.osaka-u.ac.jp/faculty/personal/suzuki/
• [備考] 脳細胞内信号伝達経路の数理モデリング
  • URL: http://www-mmds.sigmath.es.osaka-u.ac.jp/faculty/personal/suzuki/
• [備考] 大阪大学大学院 基礎工学研究科システム創成専攻 数理科学領域 鈴木貴研究室
  • URL: http://www-mmds.sigmath.es.osaka-u.ac.jp/faculty/personal/suzuki/
• [学会・シンポジウム開催] JSPS Core-to-Core Annual Meeting（Univ. Bordeaux） (2018)