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細胞分裂を再現する力学モデルの構築と検証

研究課題

研究課題/領域番号 15KT0083
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金
応募区分特設分野
研究分野 構成的システム生物学
研究機関国立遺伝学研究所

研究代表者

木村 暁  国立遺伝学研究所, 遺伝メカニズム研究系, 教授 (10365447)

研究分担者 舟橋 啓  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (70324548)
研究協力者 広井 賀子  
多田 昌平  
吉見 祐亮  
本室 美貴子  
山崎 孔敬  
研究期間 (年度) 2015-07-10 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2017年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2016年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2015年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
キーワード線虫 / 胚発生 / 細胞分裂 / 細胞骨格 / 中心体
研究成果の概要

本研究では「細胞分裂」を研究対象とするシステムにおいた。その要素プロセスである「核の中央化」「紡錘体伸長」「細胞質分裂」などについて、数理モデルを構築するとともに、それらを統合し、細胞分裂システム全体を対象とする数理モデルを構築することを目的とした。研究期間内に、「核の中央化」と「紡錘体伸長」過程の統合モデルの構築を行い、その実験検証も行った。また、複数の細胞質流動過程について数理モデルの構築やパラメータ推定を行った。さらには、細胞分裂による細胞配置モデルの構築も行った。一連の研究で細胞分裂システム全体をカバーする数理モデルの構築が進展するとともに、各要素プロセスの統合も進展した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

学術的な意義としては、細胞分裂の各プロセスの数理モデル構築と実験的検証を行うことによって、細胞分裂に関する理解の到達点と未解明な点を明確にできたことである。一連の研究結果を踏まえて、今後、さらなるモデル化のための研究課題が明確となった。また、本研究で推し進めた研究は、生命システムのモデルを構築し実験的に検証する点で生命システム研究の構成的アプローチの先駆的な研究例となった。

報告書

(5件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 2015 実施状況報告書
  • 研究成果

    (41件)

すべて 2019 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 5件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 7件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 10件、 招待講演 9件) 図書 (1件) 備考 (7件)

  • [国際共同研究] Marine Biological Laboratory(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Bayreuth University(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] キュリー研究所(フランス)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [国際共同研究] EMBL(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Choice between 1- and 2-furrow cytokinesis in Caenorhabditis elegans embryos with tripolar spindles2019

    • 著者名/発表者名
      Kondo Tomo、Kimura Akatsuki
    • 雑誌名

      Molecular Biology of the Cell

      巻: 30 号: 16 ページ: 2065-2075

    • DOI

      10.1091/mbc.e19-01-0075

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Tumor suppressor APC is an attenuator of spindle-pulling forces duringC. elegansasymmetric cell division2018

    • 著者名/発表者名
      Sugioka Kenji、Fielmich Lars-Eric、Mizumoto Kota、Bowerman Bruce、van den Heuvel Sander、Kimura Akatsuki、Sawa Hitoshi
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 115 号: 5

    • DOI

      10.1073/pnas.1712052115

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] An asymmetric attraction model for the diversity and robustness of cell arrangement in nematodes2017

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto Kazunori、Kimura Akatsuki
    • 雑誌名

      Development

      巻: 144 号: 23 ページ: 4437-4449

    • DOI

      10.1242/dev.154609

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Reduction in chromosome mobility accompanies nuclear organization during early embryogenesis in Caenorhabditis elegans2017

    • 著者名/発表者名
      Arai Ritsuko、Sugawara Takeshi、Sato Yuko、Minakuchi Yohei、Toyoda Atsushi、Nabeshima Kentaro、Kimura Hiroshi、Kimura Akatsuki
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 号: 1 ページ: 3631-3631

    • DOI

      10.1038/s41598-017-03483-5

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Physical properties of the chromosomes and implications for development2017

    • 著者名/発表者名
      Sugawara Takeshi、Kimura Akatsuki
    • 雑誌名

      Development, Growth & Differentiation

      巻: 59 号: 5 ページ: 405-414

    • DOI

      10.1111/dgd.12363

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Endoplasmic Reticulum-Mediated Microtubule Alignment Governs Cytoplasmic Streaming2017

    • 著者名/発表者名
      Kenji Kimura, Alexandre Mamane, Tohru Sasaki, Kohta Sato, Jun Takagi, Ritsuya Niwayama, Lars Hufnagel, Yuta Shimamoto, Jean-Francois Joanny, Seiichi Uchida, and Akatsuki Kimura
    • 雑誌名

      Nature Cell Biology

      巻: 19 号: 4 ページ: 399-406

    • DOI

      10.1038/ncb3490

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A genetically encoded probe for live-cell imaging of H4K20 monomethylation2016

    • 著者名/発表者名
      Sato Y., Kujirai T., Arai R., Asakawa H., Ohtsuki C., Horikoshi N., Yamagata K., Ueda J., Nagase T., Haraguchi T., Hiraoka Y., Kimura A., Kurumizaka H., Kimura, H.
    • 雑誌名

      J. Mol. Biol.

      巻: 428 号: 20 ページ: 3885-3902

    • DOI

      10.1016/j.jmb.2016.08.010

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 核はどのようにして細胞の中心を見つけるのか?2016

    • 著者名/発表者名
      谷本博一, 木村健二, 木村暁
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 56 号: 5 ページ: 271-274

    • DOI

      10.2142/biophys.56.271

    • NAID

      130005264927

    • ISSN
      0582-4052, 1347-4219
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Bayesian Inference of Forces Causing Cytoplasmic Streaming in Caenorhabditis elegans Embryos and Mouse Oocytes.2016

    • 著者名/発表者名
      Niwayama R., Nagao H., Kitajima T. S., Hufnagel L., Shinohara K., Higuchi T., Ishikawa T., Kimura A.
    • 雑誌名

      PLoS ONE

      巻: 11 号: 7 ページ: e0159917-e0159917

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0159917

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Interphase adhesion geometry is transmitted to an internal regulator for spindle orientation via caveolin-1.2016

    • 著者名/発表者名
      Matsumura S., Kojidani T., Kamioka Y., Uchida S., Haraguchi T., Kimura A., and Toyoshima F.
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 7 号: 1 ページ: 11858-11858

    • DOI

      10.1038/ncomms11858

    • NAID

      120005774665

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Cortical flowに着目した細胞質流動シミュレーション2019

    • 著者名/発表者名
      山崎 孔敬
    • 学会等名
      定量生物学の会 第9回年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 遠心顕微鏡で細胞核を動かし、力を定量する2019

    • 著者名/発表者名
      木村暁
    • 学会等名
      定量生物学の会第9回年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Mechanical Modeling of Cell Migration During the Early Embryogenesis of C. elegans to Reveal the Mechanism for Controlling Cell Arrangement2019

    • 著者名/発表者名
      Motomuro M
    • 学会等名
      The Seventh Annual Winter Q-Bio Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] In silico及びin vivo実験による有糸分裂期中心体位置制御機構の解明2018

    • 著者名/発表者名
      Yamazaki Y
    • 学会等名
      第2回慶應ライフサイエンスシンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 線虫初期胚における細胞位置決定モデルの構築2018

    • 著者名/発表者名
      本室 美貴子
    • 学会等名
      第2回慶應ライフサイエンスシンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Microtubule-dependent positioning of the nucleus in the C. elegans embryo2018

    • 著者名/発表者名
      Kimura A
    • 学会等名
      EMBO/EMBL Symposia: Microtubules: From Atoms to Complex Systems
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Measurement of intracellular forces using centrifuge polarization microscope (CPM).2017

    • 著者名/発表者名
      Akatsuki Kimura
    • 学会等名
      International Workshop on Quantitative Biology 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] バイオ画像解析支援をうけた細胞内の力発生メカニズムの理解2017

    • 著者名/発表者名
      木村暁
    • 学会等名
      生命科学4プラットフォーム成果シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 細胞核はどうして細胞の中心に配置できるのか? -遺伝学、計算、マイクロデバイス、遠心顕微鏡を使った解析-2017

    • 著者名/発表者名
      木村暁
    • 学会等名
      日本大学文理学部生命科学セミナー「細胞核機能の発現と制御」
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Emergence and reversal of cytoplasmic streaming in the C. elegance nematode zygote.2017

    • 著者名/発表者名
      Akatsuki Kimura
    • 学会等名
      International workshop on Active Soft Matter and Ethology
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Mechanism of spontaneous alignment of microtubules during meiotic cytoplasmic streaming in the C. elegans zygote.2017

    • 著者名/発表者名
      Akatsuki Kimura
    • 学会等名
      Hierarchy of biological functions connected by concept of active matter
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A self-organization model for the emergence and reversal of meiotic cytoplasmic streaming in the C. elegans embryo.2017

    • 著者名/発表者名
      Akatsuki Kimura
    • 学会等名
      International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2017 (SFS2017)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 核の細胞内配置を(数理モデルで)造る・(実験的に)操作する2017

    • 著者名/発表者名
      木村暁
    • 学会等名
      2017年度生命科学系学会合同年次大会(ConBio2017)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Cytoplasmic Streaming in the nematode, C. elegans.2017

    • 著者名/発表者名
      Akatsuki Kimura
    • 学会等名
      Active Matter Workshop 2018
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Influence of cellular aspect ratio to pole-pole distance during anaphase2016

    • 著者名/発表者名
      Shohei Tada, Kazunori Yamamoto, Yusuke Yoshimi, Mitsunori Ozeki, Takumi Hiraiwa, Noriko Hiroi, Akatsuki Kimura, Akira Funahashi
    • 学会等名
      NIG Iternational Symposium 2016 Japan Q-Bio week, Mishima Symposium
    • 発表場所
      国立遺伝学研究所、三島
    • 年月日
      2016-01-12
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Determining the position of cleavage furrow at cytokinesis using hydrodynamic simulation2016

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Yoshimi, Shohei Tada, Noriko Hiroi, Akatsuki Kimura and Akira Funahashi
    • 学会等名
      NIG Iternational Symposium 2016 Japan Q-Bio week, Mishima Symposium
    • 発表場所
      国立遺伝学研究所、三島
    • 年月日
      2016-01-12
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Substance delivery technique for intracellular measurements in C. elegans embryos2016

    • 著者名/発表者名
      Yohei Kikuchi, Akatsuki Kimura
    • 学会等名
      NIG Iternational Symposium 2016 Japan Q-Bio week, Tokyo Symposium
    • 発表場所
      東京大学、東京
    • 年月日
      2016-01-09
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Imaging and modeling of cytoplasmic streaming in the C. elegans embryo.2016

    • 著者名/発表者名
      Akatsuki Kimura
    • 学会等名
      The 54th Annual Meeting of the BSJ.
    • 発表場所
      Tsukuba
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] A mechanism of self-organization in meiotic cytoplasmic streaming of the C. elegans embryo.2015

    • 著者名/発表者名
      Akatsuki Kimura
    • 学会等名
      The 53rd Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan (BSJ2015)
    • 発表場所
      金沢大学、金沢
    • 年月日
      2015-09-15
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [図書] 定量生物学2018

    • 著者名/発表者名
      小林 徹也
    • 総ページ数
      250
    • 出版者
      化学同人
    • ISBN
      9784759817300
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 2つに分裂するか、3つに分裂するか、それが問題だ

    • URL

      https://www.nig.ac.jp/nig/ja/2019/04/research-highlights_ja/rh20190304.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 国立遺伝学研究所細胞建築研究室

    • URL

      http://cellarchlab.galaxy.bindcloud.jp/home_jp.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] APCは紡錘体を引っ張る力のブレーキ がん抑制遺伝子APCの新しい機能の発見

    • URL

      https://www.nig.ac.jp/nig/ja/2018/01/research-highlights_ja/20180119-2.html

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [備考] 細胞核内のDNA密度と、分裂期染色体の凝縮度との間の種を越えた相関関係

    • URL

      https://www.nig.ac.jp/nig/ja/2017/12/research-highlights_ja/20171220.html

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [備考] 初期胚発生過程における染色体の動きの変化を検出

    • URL

      https://www.nig.ac.jp/nig/ja/2017/12/research-highlights_ja/20171220-2.html

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [備考] はじまりは卵の形だった~初期胚における細胞の配置パターンの決定機構~

    • URL

      https://www.nig.ac.jp/nig/ja/2017/11/research-highlights_ja/20171129.html

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [備考] 研究室ウェブサイト

    • URL

      https://www.nig.ac.jp/nig/ja/research/organization-top/laboratories/kimura

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書

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公開日: 2015-07-14   更新日: 2020-03-30  

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