哺乳動物の発生過程における自発的パターン形成現象の数理モデル化とその実験的検証

• 研究課題/領域番号: 17689009
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 解剖学一般(含組織学・発生学)
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 三浦 岳 京都大学, 医学研究科, 助教 (10324617)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2007年度)
• 配分額: 10,920千円 (直接経費: 8,400千円、間接経費: 2,520千円); 2007年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2006年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2005年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
• キーワード: パターン形成 / 発生生物学 / 数理モデル / 実験的検証 / 縫合線 / 肺 / 発生 / 頭蓋骨 / 四肢

研究概要

今年度は、肺及び縫合線のパターン形成に関して主に研究を行った.
肺の枝分かれ形成に関しては、in vitroのモデルから一歩踏み出してin vivoのパターン形成のメカニズムを理解するため、ニワトリ胚をモデル実験系として選び、その中でのmorphogen分子(FGF)の拡散とパターンの関連について研究を行った.ニワトリ肺は人やマウスと異なり、枝分かれして気道を作る部分と、気嚢と呼ばれる嚢胞状の構造を作る部分がある.数理モデルからの予測では、FGFの拡散係数、もしくは産生量がこれらのパターンの差異に重要になると思われたため、そのそれぞれの可能性について実験的に検証を行った.その結果、FGFの拡散が枝分かれと嚢胞形成の区別に関わっていることが明らかになった.現在研究結果を投稿中である.
縫合線のパターン形成に関しては、数理モデルの実験的検証のため、単一個体内でのパターン形成の経時変化を観察するための技術開発を行った.具体的には、microCTを用いて非侵襲的に生後3週から8週までのマウスの頭蓋骨の立体像を取得するためのプロトコルを開発した.その結果、縫合線の形成過程を単一個体で追うことが可能になり、モデルと実験データを直接対応づけることが可能になった.実測した実験データをシミュレーションの初期値として使うことにより、数値計算の結果と実際の形態形成過程が対応することがわかった。現在、観察技術とモデルの実験的検証それぞれに着いて論文の投稿準備中である.

研究成果

• [雑誌論文] Modelling Lung Branching Morphogenesis (2008)
  • 著者名/発表者名: Takashi Miura
  • 雑誌名: Curr Top Dev Biol 81 ページ: 291-310
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modulation of activator diffusion by extracellular matrix in Turing system (2007)
  • 著者名/発表者名: Takashi Miura
  • 雑誌名: RIMS kokyuroku Bessats B3 B3 ページ: 165-176
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mathematical analysis of a free-boundary model for lung branching morphogenesis (2007)
  • 著者名/発表者名: Dirk Hartmann and Takashi Miura
  • 雑誌名: Mathematical Medicine and Biology 24 ページ: 209-224
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modelling in vitro lung branching morphogenesis during development. (2006)
  • 著者名/発表者名: Hartmann D, Miura T.
  • 雑誌名: J Theor Biol 242(4) ページ: 862-872
• [雑誌論文] Mixed-mode pattern in Doublefoot mutant mouse limb-luring reaction-diffusion model on a growing domain during limb development. (2006)
  • 著者名/発表者名: Miura T, Shiota K, Morriss-Kay G, Maini PK
  • 雑誌名: J Theor Biol 240(4) ページ: 562-573
• [雑誌論文] Mixed mode pattern in Doublefoot mutant mouse limb-Turing reaction-diffusion model on a growing domain during limb development (2006)
  • 著者名/発表者名: Miura T, Shiota K, Morriss-Kay G, Maini PK.
  • 雑誌名: J Theor Biol in press
• [雑誌論文] 発生生物学におけるTuring系の応用 (2005)
  • 著者名/発表者名: 三浦 岳
  • 雑誌名: 蛋白質 核酸 酵素 50(15) ページ: 1955-1961
• [雑誌論文] Mathematical analysis of a free-boundary model for lung branching morphogenesis.
  • 著者名/発表者名: Hartmann D, Miura T
  • 雑誌名: Math Med Biol (in press)
• [学会発表] Time course observation of mouse skull development using microCT (2008)
  • 著者名/発表者名: Takashi Miura, Naomichi Ogihara, Masato Kinboshi and Kohei Shiota
  • 学会等名: 日本解剖学会
  • 発表場所: 大分
  • 年月日: 2008-03-28
• [学会発表] Noninvasive observation of mouse skull using microCT (2007)
  • 著者名/発表者名: Takashi Miura, Naoki Morimo to, Naomichi Ogihara and Kohei Shiota、
  • 学会等名: 日本先天異常学会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2007-07-07
• [学会発表] Cyst-branch difference of chick lung results from different morphogen diffusion coefficient (2007)
  • 著者名/発表者名: 三浦 岳
  • 学会等名: 日本発生生物学会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2007-05-30