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1細胞レベルでのシグナル伝達の時間情報コードの解析

研究課題

研究課題/領域番号 18H03979
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 中区分43:分子レベルから細胞レベルの生物学およびその関連分野
研究機関東京大学

研究代表者

黒田 真也  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (50273850)

研究分担者 眞鍋 康子  東京都立大学, 人間健康科学研究科, 准教授 (60467412)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
44,070千円 (直接経費: 33,900千円、間接経費: 10,170千円)
2020年度: 15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円)
2019年度: 15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円)
2018年度: 12,350千円 (直接経費: 9,500千円、間接経費: 2,850千円)
キーワードシグナル伝達 / 1細胞 / 情報理論 / 細胞間変動 / 細胞内変動 / 時間情報コード / システム生物学 / ゾネーション / トランスオミクス / 1細胞計測 / 相互情報量 / 自動認識 / 確率的ゆらぎ
研究成果の概要

本研究では、1細胞ごとに刺激に対する応答を情報理論解析することにより、細胞ごとの応答のばらつきが存在することによって、細胞の集まりである組織の応答をより正確に制御することが可能となるということを明らかにした。従来、細胞ごとに応答がばらつくことは正確な情報伝達を阻害するノイズであると考えられてきたが、本研究により、細胞ごとに応答特性が異なることが組織として刺激を区別できる範囲を拡げることに繋がり、正確な応答制御を可能にすることが明らかになった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

この研究では骨格筋の実験系を用いて細胞間変動の影響を明らかにしましたが、得られた知見は組織としての応答が各細胞の応答の合計であると考えられる系であれば当てはまると考えられ、例えばホルモン分泌制御などにも適用可能であると考えられる。細胞ごとの応答のばらつきによる正確な応答制御機構が明らかになったことで、臓器レベルの応答制御がより明らかになっていくものと考えられ、疾病などによる臓器の応答制御異常のメカニズム解明にも役立っていくものと期待される。

報告書

(4件)
  • 2022 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2023 2022 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (16件) (うち国際共著 4件、 査読あり 16件、 オープンアクセス 15件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 3件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Optogenetic decoding of Akt2-regulated metabolic signaling pathways in skeletal muscle cells using transomics analysis2023

    • 著者名/発表者名
      Kawamura Genki、Kokaji Toshiya、Kawata Kentaro、Sekine Yuka、Suzuki Yutaka、Soga Tomoyoshi、Ueda Yoshibumi、Endo Mizuki、Kuroda Shinya、Ozawa Takeaki
    • 雑誌名

      Science Signaling

      巻: 16 号: 773 ページ: 773-773

    • DOI

      10.1126/scisignal.abn0782

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Features extracted using tensor decomposition reflect the biological features of the temporal patterns of human blood multimodal metabolome2023

    • 著者名/発表者名
      Fujita Suguru、Karasawa Yasuaki、Hironaka Ken-ichi、Taguchi Y.-h.、Kuroda Shinya
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 18 号: 2 ページ: e0281594-e0281594

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0281594

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] In vivo transomic analyses of glucose-responsive metabolism in skeletal muscle reveal core differences between the healthy and obese states.2022

    • 著者名/発表者名
      Kokaji T, Eto M, Hatano A, Yugi K, Morita K, Ohno S, Fujii M, Hironaka KI, Ito Y, Egami R, Uematsu S, Terakawa A, Pan Y, Maehara H, Li D, Bai Y, Tsuchiya T, Ozaki H, Inoue H, Kubota H, Suzuki Y, Hirayama A, Soga T, Kuroda S.
    • 雑誌名

      Sci Rep

      巻: 12 号: 1 ページ: 13719-13719

    • DOI

      10.1038/s41598-022-17964-9

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Trans-omics analysis of insulin action reveals a cell growth subnetwork which co-regulates anabolic processes2022

    • 著者名/発表者名
      Terakawa Akira、Hu Yanhui、Kokaji Toshiya、Yugi Katsuyuki、Morita Keigo、Ohno Satoshi、Pan Yifei、Bai Yunfan、Parkhitko Andrey A.、Ni Xiaochun、Asara John M.、Bulyk Martha L.、Perrimon Norbert、Kuroda Shinya
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 25 号: 5 ページ: 104231-104231

    • DOI

      10.1016/j.isci.2022.104231

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Quantitative metabolic fluxes regulated by trans-omic networks2022

    • 著者名/発表者名
      Ohno Satoshi、Uematsu Saori、Kuroda Shinya
    • 雑誌名

      Biochemical Journal

      巻: 479 号: 6 ページ: 787-804

    • DOI

      10.1042/bcj20210596

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Multi-omics-based label-free metabolic flux inference reveals obesity-associated dysregulatory mechanisms in liver glucose metabolism2022

    • 著者名/発表者名
      Uematsu Saori、Ohno Satoshi、Tanaka Kaori Y.、Hatano Atsushi、Kokaji Toshiya、Ito Yuki、Kubota Hiroyuki、Hironaka Ken-ichi、Suzuki Yutaka、Matsumoto Masaki、Nakayama Keiichi I.、Hirayama Akiyoshi、Soga Tomoyoshi、Kuroda Shinya
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 25 号: 2 ページ: 103787-103787

    • DOI

      10.1016/j.isci.2022.103787

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Four features of temporal patterns characterize similarity among individuals and molecules by glucose ingestion in humans2022

    • 著者名/発表者名
      Fujita Suguru、Karasawa Yasuaki、Fujii Masashi、Hironaka Ken-ichi、Uda Shinsuke、Kubota Hiroyuki、Inoue Hiroshi、Sumitomo Yohei、Hirayama Akiyoshi、Soga Tomoyoshi、Kuroda Shinya
    • 雑誌名

      npj Systems Biology and Applications

      巻: 8 号: 1 ページ: 6-6

    • DOI

      10.1038/s41540-022-00213-0

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fat Induces Glucose Metabolism in Nontransformed Liver Cells and Promotes Liver Tumorigenesis2021

    • 著者名/発表者名
      L. A. Broadfield, J. A. G. Duarte, R. Schmieder, D. Broekaert, K. Veys, M. Planque, K. Vriens, Y. Karasawa, F. Napolitano, S. Fujita, M. Fujii, M. Eto, B. Holvoet, R. Vangoitsenhoven, J. Fernandez-Garcia, J. van Elsen, J. Dehairs, J. Zeng, J. Dooley, R. Alba Rubio, J. van Pelt et al.
    • 雑誌名

      Cancer Research

      巻: 81 号: 8 ページ: 1988-2001

    • DOI

      10.1158/0008-5472.can-20-1954

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Trans-omic analysis reveals obesity-associated dysregulation of inter-organ metabolic cycles between the liver and skeletal muscle2021

    • 著者名/発表者名
      Egami Riku、Kokaji Toshiya、Hatano Atsushi、et al.
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 24 号: 3 ページ: 102217-102217

    • DOI

      10.1016/j.isci.2021.102217

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Single-Cell Information Analysis Reveals That Skeletal Muscles Incorporate Cell-to-Cell Variability as Information Not Noise2020

    • 著者名/発表者名
      Wada Takumi、Hironaka Ken-ichi、Wataya Mitsutaka、Fujii Masashi、Eto Miki、Uda Shinsuke、Hoshino Daisuke、Kunida Katsuyuki、Inoue Haruki、Kubota Hiroyuki、Takizawa Tsuguto、Karasawa Yasuaki、Nakatomi Hirofumi、Saito Nobuhito、Hamaguchi Hiroki、Furuichi Yasuro、Manabe Yasuko、Fujii Nobuharu L.、Kuroda Shinya
    • 雑誌名

      Cell Reports

      巻: 32 号: 9 ページ: 108051-108051

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2020.108051

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Monitoring and mathematical modeling of mitochondrial ATP in myotubes at single-cell level reveals two distinct population with different kinetics2020

    • 著者名/発表者名
      N. Matsuda, K. Hironaka, M. Fujii, T. Wada, K. Kunida, H. Inoue, M. Eto, D. Hoshino, Y. Furuichi, Y. Manabe, N. L. Fujii, H. Noji, H. Imamura, S. Kuroda
    • 雑誌名

      Quantitative Biology

      巻: 8 号: 3 ページ: 228-237

    • DOI

      10.1007/s40484-020-0211-8

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Kinetic Trans-omic Analysis Reveals Key Regulatory Mechanisms for Insulin-Regulated Glucose Metabolism in Adipocytes2020

    • 著者名/発表者名
      Ohno Satoshi、Quek Lake-Ee、Krycer James R.、Yugi Katsuyuki、Hirayama Akiyoshi、Ikeda Satsuki、Shoji Futaba、Suzuki Kumi、Soga Tomoyoshi、James David E.、Kuroda Shinya
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 23 号: 9 ページ: 101479-101479

    • DOI

      10.1016/j.isci.2020.101479

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Transomics analysis reveals allosteric and gene regulation axes for altered hepatic glucose-responsive metabolism in obesity2020

    • 著者名/発表者名
      Kokaji Toshiya、Hatano Atsushi、Ito Yuki、et al.
    • 雑誌名

      Science Signaling

      巻: 13 号: 660 ページ: 1236-1236

    • DOI

      10.1126/scisignal.aaz1236

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Robustness against additional noise in cellular information transmission2019

    • 著者名/発表者名
      Tottori Takehiro、Fujii Masashi、Kuroda Shinya
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 100 号: 4 ページ: 042403-042403

    • DOI

      10.1103/physreve.100.042403

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] NMDAR-mediated Ca2+ increase shows robust information transfer in dendritic spines2019

    • 著者名/発表者名
      Tottori Takehiro、Fujii Masashi、Kuroda Shinya
    • 雑誌名

      Biophysical Journal

      巻: 印刷中 号: 9 ページ: 1748-1758

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2019.03.030

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Automatic Quantitative Segmentation of Myotubes Reveals Single-cell Dynamics of S6 Kinase Activation2018

    • 著者名/発表者名
      Inoue Haruki、Kunida Katsuyuki、Matsuda Naoki、Hoshino Daisuke、Wada Takumi、Imamura Hiromi、Noji Hiroyuki、Kuroda Shinya
    • 雑誌名

      Cell Structure and Function

      巻: 43 号: 2 ページ: 153-169

    • DOI

      10.1247/csf.18012

    • NAID

      130007472951

    • ISSN
      0386-7196, 1347-3700
    • 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
  • [学会発表] Transomic network analysis of glucose metabolism and its dysfunction associated with obesity2022

    • 著者名/発表者名
      Shinya Kuroda
    • 学会等名
      The 21th International Conference on Systems Biology (ICSB) 2022
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] The roles of inter- and intra-cellular variations in cellular information transfer2022

    • 著者名/発表者名
      Shinya Kuroda
    • 学会等名
      Workshop on Non-equilibrium Phenomena in Physics and Biology (NE-PB2022)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Systems Biology of Insulin Action2022

    • 著者名/発表者名
      Shinya Kuroda
    • 学会等名
      Biomedical Mathematics Online Colloquium
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 骨格筋のシステムバイオロジー:代謝トランスオミクスと情報誌論解析2022

    • 著者名/発表者名
      黒田 真也
    • 学会等名
      第9回骨格筋生物学研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] インスリン作用のトランスオミクスネットワーク2021

    • 著者名/発表者名
      黒田 真也
    • 学会等名
      第64回日本糖尿病学会年次学術集会The 64th Annual Meeting of the Japan Diabetes Society
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] トランスオミクスによる肝臓での糖応答システムの解析2021

    • 著者名/発表者名
      黒田 真也
    • 学会等名
      第94回日本内分泌学会学術集会The 94th Annual Congress of the Japan Endocrine Society
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2024-01-30  

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