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多細胞自律性を支える細胞競合機構の数理・物理学的解明

計画研究

研究領域競合的コミュニケーションから迫る多細胞生命システムの自律性
研究課題/領域番号 21H05290
研究種目

学術変革領域研究(A)

配分区分補助金
審査区分 学術変革領域研究区分(Ⅲ)
研究機関京都大学

研究代表者

平島 剛志  京都大学, 白眉センター, 特定准教授 (10620198)

研究期間 (年度) 2021-09-10 – 2026-03-31
研究課題ステータス 採択後辞退 (2022年度)
配分額 *注記
88,010千円 (直接経費: 67,700千円、間接経費: 20,310千円)
2022年度: 14,040千円 (直接経費: 10,800千円、間接経費: 3,240千円)
2021年度: 31,590千円 (直接経費: 24,300千円、間接経費: 7,290千円)
キーワード数理モデル / 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
研究開始時の研究の概要

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。

研究実績の概要

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。

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

報告書

(1件)
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 1件、 招待講演 7件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Mechanical feedback control for multicellular tissue size maintenance: a minireview2022

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Hirashima
    • 雑誌名

      Frontiers in Cell and Developmental Biology

      巻: 9

    • DOI

      10.3389/fcell.2021.820391

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Live imaging approach of dynamic multicellular responses in ERK signaling during vertebrate tissue development2022

    • 著者名/発表者名
      Hirashima Tsuyoshi
    • 雑誌名

      Biochemical Journal

      巻: 479 号: 2 ページ: 129-143

    • DOI

      10.1042/bcj20210557

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Stalling interkinetic nuclear migration in curved pseudostratified epithelium of developing cochlear duct2021

    • 著者名/発表者名
      Ishii M., Tateya T., Matsuda M. and Hirashima T.
    • 雑誌名

      Royal Society Open Science

      巻: 8 号: 12 ページ: 211024-211024

    • DOI

      10.1098/rsos.211024

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] マウス精巣上体における精子集団運動2022

    • 著者名/発表者名
      平島剛志
    • 学会等名
      学術変革 ジオラマ行動力学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      平島剛志
    • 学会等名
      第33回バイオエンジニアリング講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Mechanochemical feedbacks in collective cell motion2021

    • 著者名/発表者名
      平島剛志
    • 学会等名
      NIPS International Symposium, "Frontiers in Epithelial Cell Biology"
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ERK-mediated Curvature Feedback in Branching Morphogenesis of Lung Epithelial Tissue2021

    • 著者名/発表者名
      平島剛志
    • 学会等名
      日本生化学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Mechanochemical feedbacks in collective cell migration of epithelial cells2021

    • 著者名/発表者名
      平島剛志
    • 学会等名
      日本生物物理学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Mechano-chemical feedbacks for self-organized pattern formation in epithelial tissues2021

    • 著者名/発表者名
      平島剛志
    • 学会等名
      日本分子生物学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ERK-mediated curvature feedback regulates branching morphogenesis in lung epithelial tissue2021

    • 著者名/発表者名
      平島剛志
    • 学会等名
      Asian-pacific Biomech 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] 研究代表者のホームページ

    • URL

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

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-10-22   更新日: 2022-12-28  

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