細胞運動の自発的なゆらぎを利用した柔軟な環境応答の分子メカニズム

• 研究領域: 動く細胞と場のクロストークによる秩序の生成
• 研究課題/領域番号: 22111002
• 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: 生物系
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 上田 昌宏 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (40444517)
• 連携研究者: 高木 拓明 奈良県立医科大学, 物理学教室, 講師 (10444514) ; 冨樫 祐一 広島大学, 大学院理学研究科, 特任准教授 (50456919) ; 西村 信一郎 広島大学, 大学院理学研究科, 研究員 (60402541)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 97,240千円 (直接経費: 74,800千円、間接経費: 22,440千円); 2014年度: 18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円); 2013年度: 18,980千円 (直接経費: 14,600千円、間接経費: 4,380千円); 2012年度: 20,020千円 (直接経費: 15,400千円、間接経費: 4,620千円); 2011年度: 19,760千円 (直接経費: 15,200千円、間接経費: 4,560千円); 2010年度: 20,410千円 (直接経費: 15,700千円、間接経費: 4,710千円)
• キーワード: 自発性 / 自己組織化 / 興奮系 / イノシトールリン脂質 / シグナル伝達 / 細胞運動 / １分子イメージング / 細胞性粘菌 / １分子解析 / 走化性 / PTEN / 1分子計測(SMD) / ブラウン運動 / 興奮性 / ゆらぎ

研究成果の概要

本研究では，細胞の自発運動に関与するイノシトールリン脂質代謝系に注目し、多階層にわたる定量計測と数理モデル構築により、自発運動シグナルを生成する分子メカニズムを解明した。加えて、数理モデル解析から複雑な環境変動への追随性を最大化するように自発運動のゆらぎが最適化されていることが示され、細胞運動が適度にゆらぐことにより複雑な環境に適応できることが明らかになった。

研究成果

• [雑誌論文] Compact Halo-Ligand Conjugated Quantum Dots for Multicolored Single-Molecule Imaging of Overcrowding GPCR Proteins on Cell Membrane (2015)
  • 著者名/発表者名: Komatsuzaki, A., Ohyanagi, T., Tsukasaki, Y., Miyanaga, Y., Ueda, M. and Jin, T.
  • 雑誌名: Small 巻: 11 号: 12 ページ: 1396-1401
  • DOI: 10.1002/smll.201402508
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] PTEN hopping on the cell membrane is regulated via a positively-charged C2 domain. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yasui M, Matsuoka S and Ueda M
  • 雑誌名: PLoS Computational Biology. 巻: 10 号: 9 ページ: e1003817-e1003817
  • DOI: 10.1371/journal.pcbi.1003817
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ゆらぎの伴うシグナル伝達系による走化性細胞のロバストな勾配センシング (2014)
  • 著者名/発表者名: 柴田達夫，西川正俊，上田昌宏
  • 雑誌名: 細胞工学 巻: 33 ページ: 592-597
• [雑誌論文] １分子イメージングによる走化性情報伝達系の動態解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松岡里実、上田昌宏
  • 雑誌名: 生体の科学 巻: 65 ページ: 394-395
• [雑誌論文] Excitable Signal Transduction Induces Both Spontaneous and Directional Cell Asymmetries in the Phosphatidylinositol Lipid Signaling System for Eukaryotic Chemotaxis. (2014)
  • 著者名/発表者名: Nishikawa M, Horning M, Ueda M and Shibata T.
  • 雑誌名: Biophys J. 巻: 106(3) 号: 3 ページ: 723-734
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2013.12.023
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nucleocytoplasmic shuttling of a GATA transcription factor functions as a development timer. (2014)
  • 著者名/発表者名: Cai H, Katoh-Kurasawa M, Muramoto T, Santhanam B, Long Y, Li L, Ueda M, Iglesias PA, Shaulsky G and Devreotes PN.
  • 雑誌名: Science 巻: 343 (6177) 号: 6177 ページ: 1249531-1249531
  • DOI: 10.1126/science.1249531
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dynamin contributes to cytokinesis by stabilizing actin filaments in the contractile ring (2013)
  • 著者名/発表者名: Masud Rana, A.Y. K. Md., Tsujioka, M., Miyagishima, S., Ueda, M. and Yumura, S.
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: 18 号: 8 ページ: 621-635
  • DOI: 10.1111/gtc.12060
  • 査読あり
• [雑誌論文] TAG-1-assisted progenitor elongation streamlines nuclear migration to optimize subapical crowding. (2013)
  • 著者名/発表者名: Okamoto M, Namba T, Shinoda T, Kondo T, Watanabe T, Inoue Y, Takeuchi K, Enomoto Y, Ota K, Oda K, Wada Y, Sagou K, Saito K, Sakakibara A, Kawaguchi A, Nakajima K, Adachi T, Fujimori T, Ueda M, Hayashi S, Kaibuchi K, Miyata T
  • 雑誌名: Nature Neuroscience 巻: 16 号: 11 ページ: 1556-66
  • DOI: 10.1038/nn.3525
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Intracellular Encoding of Spatiotemporal Guidance Cues in a Self-Organizing Signaling System for Chemotaxis in Dictyostelium Cells. (2013)
  • 著者名/発表者名: Shibata T, Nishikawa M, Matsuoka S, Ueda M
  • 雑誌名: Biophys J. 巻: 105(9) 号: 9 ページ: 2199-2209
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2013.09.024
  • 査読あり
• [雑誌論文] A RabGAP Regulates Life-Cycle Duration via Trimeric G-protein Cascades in Dictyostelium discoideum (2013)
  • 著者名/発表者名: Kuwayama, H., Miyanaga, Y., Urushihara, H. and Ueda, M.
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 8 号: 12 ページ: e81811-e81811
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0081811
  • NAID: 120007130572
  • 査読あり
• [雑誌論文] Asymmetric PTEN distribution regulated by spatial heterogeneity in membrane-binding state transitions. (2013)
  • 著者名/発表者名: Matsuoka S
  • 雑誌名: PLoS Computational Biology 巻: 9 号: 1 ページ: e1002862-e1002862
  • DOI: 10.1371/journal.pcbi.1002862
  • 査読あり
• [雑誌論文] Talin couples the actomyosin cortex to the plasma membrane during rear retraction and cytokinesis. (2012)
  • 著者名/発表者名: Tsujioka, M., Yumura, S., Inouye, K., Patel, H., Ueda, M. and Yonemura, S.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 巻: 109 号: 32 ページ: 12992-12997
  • DOI: 10.1073/pnas.1208296109
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modeling the self-organized phosphatidylinositol lipid signaling system in chemotactic cells using quantitative image analysis (2012)
  • 著者名/発表者名: Shibata T
  • 雑誌名: Journal of Cell Science 巻: 125 ページ: 5138-5150
  • DOI: 10.1242/jcs.108373
  • 査読あり
• [雑誌論文] Video-rate confocal microscopy for single-molecule imaging in live cells and super-resolution fluorescence imaging (2012)
  • 著者名/発表者名: Lee J
  • 雑誌名: Biophys. J. 巻: 103 号: 8 ページ: 1691-1697
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2012.09.014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Non-Brownian dynamics and strategy of amoeboid cell locomotion (2012)
  • 著者名/発表者名: Shin I.Nishimura, Masahiro Ueda, Masaki Sasai
  • 雑誌名: Physical Review E. 巻: (in press)
  • NAID: 120005476000
  • 査読あり
• [雑誌論文] 確率的な細胞内シグナル処理の1分子イメージング解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 松岡里実, 上田昌宏
  • 雑誌名: 最新医学 巻: 66 ページ: 100-106
• [雑誌論文] Cell migration in multicellular environments (2011)
  • 著者名/発表者名: Tsujioka, M
  • 雑誌名: Develop.Growth Differ. 巻: 53 号: 4 ページ: 528-537
  • DOI: 10.1111/j.1440-169x.2011.01268.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-organization of the phosphatidylinositol lipids signaling for randomcell migration (2010)
  • 著者名/発表者名: Arai, Y., Shibata, T., Matsuoka, S., Sato, M.J., Yanagida, T., Ueda, M.
  • 雑誌名: Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 巻: Vol.107 ページ: 12399-12404
  • 査読あり
• [学会発表] 細胞の自発性の分子論的理解を目指した１分子レベルからの多階層動態解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 上田 昌宏
  • 学会等名: 生命動態システム科学四拠点・CREST・PREST合同シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学 芝蘭会館 稲盛ホール
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-17
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞の自発運動と走化性応答を制御する シグナリング振動子 (2014)
  • 著者名/発表者名: 上田 昌宏
  • 学会等名: 生物リズム若手研究者の集い2014
  • 発表場所: 京都大学吉田キャンパス
  • 年月日: 2014-12-13 – 2014-12-14
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞内シグナル伝達系におけるゆらぎの階層化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 上田昌宏
  • 学会等名: 自然科学研究機構プロジェクト合同シンポジウム「脳神経情報の階層的研究」「機能生命科学における揺らぎと決定」
  • 発表場所: 岡崎、生理学研究所
  • 招待講演
• [学会発表] 走化性シクナル伝達ネットワークの１分子・システム生物学 (2013)
  • 著者名/発表者名: 上田昌宏
  • 学会等名: 顕微鏡学会
  • 発表場所: 大阪ホテル阪急エキスポパーク
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞内シグナル伝達の多階層イメージング解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 上田昌宏
  • 学会等名: 第５１回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 国立京都国際会館
  • 招待講演
• [学会発表] ゆらぎと生命機能 (2013)
  • 著者名/発表者名: 上田昌宏
  • 学会等名: 第２回NINS Colloquium「自然科学の将来像」
  • 発表場所: 静岡県掛川市ヤマハリゾートつま恋
  • 招待講演
• [学会発表] Single-molecule analysis of heterotrimeric G protein dynamics during chemotaxis in living cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Ueda
  • 学会等名: Single Molecule Biophysics 2013
  • 発表場所: アメリカ・ Aspen center for Physics
  • 招待講演
• [学会発表] Self-organization of chemotactic signaling networks for random and directional cell migration (2012)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Ueda
  • 学会等名: UK-Japan Symposium for Mechanochemical Cell Biology
  • 発表場所: イギリス・University of Warwick
  • 招待講演
• [学会発表] Self-organized System for Generating Cellular Motile Function (2012)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Ueda
  • 学会等名: RIKEN Quantitative Biology Center Inaugural Symposium, “Towards Whole-Cell Modeling”
  • 発表場所: 兵庫県・神戸国際会議場
  • 招待講演
• [学会発表] Self-organization of intracellular signaling networks for chemotactic response and migration (2012)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Ueda
  • 学会等名: 第41回日本免疫学会学術集会，国際シンポジウムSystems immunology
  • 発表場所: 兵庫県・神戸国際会議場
  • 招待講演
• [学会発表] 走化性情報処理システムの多階層イメージング解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 上田昌宏
  • 学会等名: 宇都宮大学 第２回オプト-バイオシンポジウム
  • 発表場所: 栃木県・宇都宮大学
  • 招待講演
• [学会発表] Intracellular signalling oscillators for random cell migration and chemotaxis in Dictyostelium cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Ueda M
  • 学会等名: 国際シンポジウム"Designing the Circadian Clock"(名古屋大学GCOEシステム生命科学:生命機能の設計)
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス野依記念学術交流館(招待講演)
  • 年月日: 2011-11-25
• [学会発表] Self organization of the PtdIns lipids signaling system for spontaneous random motility in Dictyostelium cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Ueda M
  • 学会等名: 国際シンポジウムNew Aspect of Phospholipid Biology and Medicine 2011
  • 発表場所: ホテル・ルイガンス-スパ&リゾート,福岡市(招待講演)
  • 年月日: 2011-11-14
• [学会発表] 細胞内の確率的シグナル伝達の1分子イメージング解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 上田昌宏
  • 学会等名: 第4回JSBi応用システムバイオロジー研究会,ワークショップ『細胞環境の測定とモデリング』
  • 発表場所: 神戸国際会議場,神戸(招待講演)
  • 年月日: 2011-11-07
• [学会発表] 細胞内自己組織化による自発的な運動シグナルの生成 (2011)
  • 著者名/発表者名: 上田昌宏
  • 学会等名: 超階層シグナル伝達研究の新展開(生理研研究会)
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター,愛知県(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-29
• [学会発表] ゆらぎを利用した柔軟な細胞応答 (2011)
  • 著者名/発表者名: 上田昌宏
  • 学会等名: 理研シンポジウム:生物を律する揺らぎのメカニズムを追い求めて
  • 発表場所: 理化学研究所和光研究所鈴木梅太郎ホール,埼玉県(招待講演)
  • 年月日: 2011-04-20
• [学会発表] 細胞内シグナルダイナミクスの定量イメージング (2011)
  • 著者名/発表者名: 上田昌宏
  • 学会等名: 画像処理と生物学の分野融合を目指したワークショップ
  • 発表場所: 理化学研究所和光キャンパス仁科ホール(埼玉県)(招待講演)
  • 年月日: 2011-03-28
• [学会発表] Single-molecule imaging analysis of chemotactic signaling (2011)
  • 著者名/発表者名: 上田昌宏
  • 学会等名: Dictyostelium meeting
  • 発表場所: Johns Hopkins University (USA)
  • 年月日: 2011-03-10
• [学会発表] Self-organization of the PtdIns lipids signaling system for spontaneous motility in Dictyostelium cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Ueda M.
  • 学会等名: Morphogenesis based on cell polarization, 44th Annual Meeting for the Japanese Society of Developmental Biologists
  • 発表場所: Okinawa Convention Center, Okinawa(招待講演)
• [学会発表] Self-organization of chemotactic signaling system for spontaneous random migration in Dictyostelium cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Ueda M.
  • 学会等名: Gordon Research Conference, Gradient sensing and directed cell migration
  • 発表場所: Les Diablerets Conference Center, Les Diablerets, Switzerland(招待講演)
• [学会発表] 細胞運動におけるtalinの機能 (2011)
  • 著者名/発表者名: 辻岡政経, 上田昌宏
  • 学会等名: 第63回日本細胞生物学会大会
  • 発表場所: 北海道大学,札幌
• [学会発表] 細胞内自己組織化による自発的な運動シグナルの生成 (2011)
  • 著者名/発表者名: 上田昌宏
  • 学会等名: 神戸大学のグローバルCOE統合的膜生物学の国際教育研究拠点・シンポジウム『細胞膜シグナル伝達と細胞骨格制御』
  • 発表場所: ウェスティンホテル淡路,兵庫県淡路島(招待講演)
• [学会発表] Live-cell-imaging of fruiting body formation (2011)
  • 著者名/発表者名: Uchikawa, T., Ueda, M., Inouye, K.
  • 学会等名: Annual International Dictyostelium Conference on Baltimore
  • 発表場所: Radisson Cross Keys, Baltimore, USA
• [学会発表] 細胞における自発的シグナル生成と柔軟な環境応答 (2011)
  • 著者名/発表者名: 上田昌宏
  • 学会等名: 第49回日本生物物理学会年会・シンポジウム『生命システムの情報処理』
  • 発表場所: 兵庫県立大学姫路書写キャンパス,兵庫県姫路(招待講演)
• [学会発表] イノシトールリン脂質代謝系の細胞内自己組織化による自発的な運動シグナルの形成 (2011)
  • 著者名/発表者名: 上田昌宏
  • 学会等名: 第84回日本生化学会大会・シンポジウム『脂質生化学の新展開-脂質機能に迫る新しい構成論的アプローチ-』
  • 発表場所: 国立京都国際会館,京都(招待講演)
• [学会発表] 細胞内1分子イメージングを用いたシグナル伝達研究 (2010)
  • 著者名/発表者名: 上田昌宏
  • 学会等名: Promega Dynamic Connection
  • 発表場所: RAVIMANA神戸(招待講演)
  • 年月日: 2010-12-09
• [学会発表] 細胞内自己組織化による自発シグナル生成"Organized randomness" (2010)
  • 著者名/発表者名: 上田昌宏・柴田達夫
  • 学会等名: 定量生物の会
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究所(招待講演)
  • 年月日: 2010-11-28
• [学会発表] 細胞性粘菌の極性形成と走化性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 上田昌宏・柴田達夫
  • 学会等名: 細胞システムコロキウム『理論生物学』
  • 発表場所: 理化学研究所和光キャンパス鈴木梅太郎記念ホール(埼玉県)(招待講演)
  • 年月日: 2010-11-05
• [学会発表] 細胞性粘菌Dictyostelium discoideumに学ぶ細胞内の確率的なシグナル (2010)
  • 著者名/発表者名: 上田昌宏
  • 学会等名: つくば藻類プロテイストフォーラム
  • 発表場所: 筑波大学(招待講演)
  • 年月日: 2010-10-25
• [学会発表] 細胞内自己組織化による自発シグナル生成"Organized randomness" (2010)
  • 著者名/発表者名: 上田昌宏
  • 学会等名: 第48回日本生物物理学会ランチョンセミナー
  • 発表場所: 東北大学川内北キャンパス(招待講演)
  • 年月日: 2010-09-20
• [学会発表] 細胞内分子ダイナミクスのイメージング解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 上田昌宏
  • 学会等名: 第62回日本細胞生物学会大会
  • 発表場所: 大阪国際会議場・大阪(招待講演)
  • 年月日: 2010-05-19
• [図書] １分子生物学 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松岡里実、上田昌宏
  • 総ページ数: 9
  • 出版者: 化学同人
• [図書] 細胞工学「ロバストネス～生命システムの打たれ強さ」 (2014)
  • 著者名/発表者名: 高木拓明，佐藤雅之，上田昌宏
  • 総ページ数: 7
  • 出版者: 学研メディカル秀潤社
• [図書] パリティー ２０１３年：「生命動態のシステム科学」零年 (2014)
  • 著者名/発表者名: 上田昌宏
  • 総ページ数: 2
  • 出版者: 丸善
• [図書] パリティー「真核細胞の走化性の物理」 (2013)
  • 著者名/発表者名: 上田昌宏
  • 総ページ数: 9
  • 出版者: 丸善
• [図書] １分子蛍光イメージング（原理と考え方，応用 例）『発光の事典』 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小塚淳，宮永之寛，上田昌宏
  • 総ページ数: 20
  • 出版者: 朝倉書店
• [図書] 細胞接着の分子的な機構, 『細胞性粘菌（研究の新展開）～モデ ル生物，創薬資源，バイオ～』 (2012)
  • 著者名/発表者名: 辻岡政経
  • 総ページ数: 17
  • 出版者: アイピーシー出版
• [図書] １分子イメージング, 『細胞性粘菌（研究の 新展開）～モデル生物，創薬資源，バイオ～』 (2012)
  • 著者名/発表者名: 松岡里実，宮永之寛，上田昌宏
  • 総ページ数: 21
  • 出版者: アイピーシー出版
• [図書] 細胞性粘菌(研究の新展開)～モデル生物,創薬資源,バイオ～ (2012)
  • 著者名/発表者名: 松岡里実, 宮永之寛, 上田昌宏
  • 出版者: アイピーシー出版(印刷中)
• [図書] 試料分析講座2巻タンパク質蛍光1分子解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小森智貴, 宮永之寛, 上田昌宏
  • 出版者: 丸善出版(印刷中)
• [図書] 実験医学(「分子から個体へと深化する脂質生物学」) (2010)
  • 著者名/発表者名: 松岡里実, 佐藤雅之, 上田昌宏
  • 出版者: 羊土社
• [図書] Cell Signaling Reactions : Single-Molecule Kinetic Analysis. (2010)
  • 著者名/発表者名: Sako, Y., Ueda, M.
  • 総ページ数: 330
  • 出版者: Springer-Verlag
• [図書] Statistical analysis of lateral diffusion and reaction kinetics of single molecules on membranes of living cells, In Cell Signaling Reactions : Single-Molecule Kinetic Analysis. (2010)
  • 著者名/発表者名: Matsuoka, S.(共著)
  • 出版者: Springer-Verlag
• [図書] Single-molecule kinetic analysis of stochastic signal transduction mediated by G-protein coupled chemoattractant receptors, In Cell Signaling Reactions : Single-Molecule Kinetic Analysis. (2010)
  • 著者名/発表者名: Miyanaga, Y., Ueda, M.(共著)
  • 出版者: Springer-Verlag
• [備考] イノシトールリン脂質代謝酵素PTENが細胞膜に連続して結合する現象（hopping）を発見
  • URL: http://www.bio.sci.osaka-u.ac.jp/newinfo/info81.html
• [備考] 量子ドットプローブを用いたマルチカラー１分子蛍光イメージングを実現
  • URL: http://www.bio.sci.osaka-u.ac.jp/newinfo/info82.html
• [備考] 大阪大学大学院理学研究科・1分子生物学研究室
  • URL: http://www.bio.sci.osaka-u.ac.jp/bio_web/lab_page/ueda/index.html
• [備考] 細胞シグナル動態研究グループ ー理化学研究所 生命システム研究センター
  • URL: http://www.qbic.riken.jp/csd/ja/index.html
• [備考] 大阪大学大学院理学研究科・1分子生物学研究室
  • URL: http://www.bio.sci.osaka-u.ac.jp/bio_web/lab_page/ueda/index.html
• [備考] 理化学研究所・生命システム研究センター・細胞シグナル動態研究グループ
  • URL: http://www.qbic.riken.jp/csd/ja/index.html
• [備考] Cell Signaling Dynamics, QBiC, RIKEN
  • URL: http://www.qbic.riken.jp/csd/en/index.html
• [備考]
  • URL: http://www.fbs.osaka-u.ac.jp/labs/yanagida/teamSBC/
• [備考]
  • URL: http://www.fbs.osaka-u.ac.jp/labs/yanagida/teamSBC/
• [産業財産権] 光学顕微鏡システムおよびスクリーニング装置 (2014)
  • 発明者名: 柳田敏雄、上田昌宏、佐甲靖志、廣島通夫、小塚淳
  • 権利者名: 柳田敏雄、上田昌宏、佐甲靖志、廣島通夫、小塚淳
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2014-05-30