形態形成の全自動数値解析法の開発と神経細胞のキラル構造形成とらせん運動への適用

• 研究課題/領域番号: 15K14522
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 発生生物学
• 研究機関: 新潟大学
• 研究代表者: 玉田 篤史 新潟大学, 医歯学総合研究科, 客員研究員 (60270576)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2017年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円); 2016年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2015年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 成長円錐 / 神経突起 / キラリティ / 左右非対称性 / リース変換 / 微分干渉顕微鏡 / 構造テンソル / オプティカルフロー / 非対称性 / 光学フロー

研究成果の概要

形態形成機構を研究する際には、細胞の形態と運動を正確に定量する手法が必要である。本研究では、細胞の３Ｄタイムラプスイメージング画像から細胞の立体構造および直線・回転運動を全自動で数値化して定量的に解析する手法の開発を目的とした。その成果として、１）リース変換微分干渉顕微鏡法による３Dライブセルイメージング法、２）構造テンソルを用いた３D形態の自動解析法、３）オプティカルフローを用いた３D形態変化の自動解析法の３つの技術を開発した。これらを神経細胞および細胞性粘菌に適用し、神経成長円錐・神経突起・細胞性粘菌の３Ｄキラル構造と４Ｄらせん運動を計測・解析することに成功し、論文に発表した。

研究成果

• [雑誌論文] Growth cone phosphoproteomics reveals that GAP-43 phosphorylated by JNK is a marker of axon growth and regeneration (2018)
  • 著者名/発表者名: Asami Kawasaki, Masayasu Okada, Atsushi Tamada, Shujiro Okuda, Motohiro Nozumi, Yasuyuki Ito, Daiki Kobayashi, Tokiwa Yamasaki, Ryo Yokoyama, Takeshi Shibata, Hiroshi Nishina, Yutaka Yoshida, Yukihiko Fujii, Kosei Takeuchi, and Michihiro Igarashi
  • 雑誌名: iScience 巻: 4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Revealing chiral cell motility by 3D Riesz transform-differential interference contrast microscopy and computational kinematic analysis (2017)
  • 著者名/発表者名: Tamada Atsushi、Igarashi Michihiro
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 号: 1 ページ: 2194-2194
  • DOI: 10.1038/s41467-017-02193-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Abnormalities in perineuronal nets and behavior in mice lacking CSGalNAcT1, a key enzyme in chondroitin sulfate synthesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka Nozomu、Miyata Shinji、Tamada Atsushi、Watanabe Yumi、Kawasaki Asami、Kitagawa Hiroshi、Takao Keizo、Miyakawa Tsuyoshi、Takeuchi Kosei、Igarashi Michihiro
  • 雑誌名: Mol Brain 巻: 10 号: 1 ページ: 47-47
  • DOI: 10.1186/s13041-017-0328-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Automated multidimensional image analysis for structures and functions of the nervous systems (2018)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Tamada, Michihiro Igarashi
  • 学会等名: The BRI International Symposium 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Imaging and quantitative analysis of chiral cell motility and left-right asymmetry (2017)
  • 著者名/発表者名: 玉田篤史
  • 学会等名: 第69回日本細胞生物学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 多次元顕微鏡画像の自動解析により明らかとなった神経細胞のキラ ル運動特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 玉田篤史、五十嵐道弘
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] ３次元イメージングと画像解析により明らかになったキラルな細胞運動様式 (2017)
  • 著者名/発表者名: 玉田篤史、五十嵐道弘
  • 学会等名: 第39回神経組織培養研究会
• [学会発表] 細胞の３次元形態・運動解析技術の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 玉田篤史、五十嵐道弘
  • 学会等名: 第58回新潟生化学懇話会
• [学会発表] 神経成長円錐の３次元イメージングとキネマティクス解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 玉田篤史
  • 学会等名: 第121回日本解剖学会
  • 発表場所: ビッグパレットふくしま（福島県郡山市）
  • 年月日: 2016-03-28
• [学会発表] 分子のキラリティによる脳の左右非対称性形成機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 玉田篤史
  • 学会等名: 日本分子生物学会
  • 発表場所: 横浜
  • 招待講演
• [学会発表] 顕微鏡画像を用いた神経細胞の構造および運動の自動数値解析手法の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 玉田篤史、五十嵐道弘
  • 学会等名: 第38回日本神経科学大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（神戸市）
  • 年月日: 2015-07-29