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実験-理論相互連動による肺の階層構造形成メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 18K06260
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分44020:発生生物学関連
研究機関九州大学

研究代表者

今村 寿子  九州大学, 医学研究院, 助教 (30523790)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード形態形成 / 肺 / 分岐形成 / 計算機シミュレーション / 数理モデル / 発生生物学 / 血管 / 細胞運動 / 分岐 / FGF / Wnt
研究成果の概要

肺気管支が、長さと太さに関して階層的な構造を形成するメカニズムについて、実験観察と数理モデルを組み合わせた研究を行った。その結果、発生が進むにつれて上皮組織のシグナル分子応答性が変化することを見出し、これが分岐枝の長さを調節するという予測を得た。さらに分岐枝径と分岐枝長の調節機構として、細胞変形の重要性を示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

分岐理論研究の中で、本研究の特徴は、2つの異なる分岐原理を組み合わせた点にある。ひとつは上皮の突出部で成長が進むこと、もうひとつは頂端収縮を介した自発曲率変化である。本研究はFGFとWntがこれらの制御を介して分岐スケールを決定していることを示した。定量的実験に基づいた高次分岐のシミュレーションにより、上皮の性質が肺のメソスケール構造をどのように制御しているか新しい視点を提供した。

報告書

(6件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2023 2022 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 オープンアクセス 5件、 査読あり 6件) 学会発表 (7件) (うち招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Mesoscale regulatory mechanisms of branch formation generating hierarchical structure of the lung2023

    • 著者名/発表者名
      Hisako Takigawa-Imamura, Hiroaki Takesue, Takashi Miura
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: -

    • DOI

      10.1101/2023.03.23.533381

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Computational model exploring characteristic pattern regulation in periventricular vessels.2022

    • 著者名/発表者名
      Takigawa-Imamura H., Hirano S., Watanabe C., Ohtaka-Maruyama C., Ema M. & Mizutani K.
    • 雑誌名

      Life

      巻: 12 号: 12 ページ: 2069-2069

    • DOI

      10.3390/life12122069

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mathematical Modeling of Dynamic Cellular Association Patterns in Seminiferous Tubules2021

    • 著者名/発表者名
      Kawamura Mari、Sugihara Kei、Takigawa-Imamura Hisako、Ogawa Toshiyuki、Miura Takashi
    • 雑誌名

      Bulletin of Mathematical Biology

      巻: 83 号: 4 ページ: 33-33

    • DOI

      10.1007/s11538-021-00863-x

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mechanism underlying dynamic scaling properties observed in the contour of spreading epithelial monolayer2020

    • 著者名/発表者名
      Oguma Toshiki、Takigawa-Imamura Hisako、Miura Takashi
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 102 号: 6 ページ: 062408-062408

    • DOI

      10.1103/physreve.102.062408

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Excess Pyrophosphate Restrains Pavement Cell Morphogenesis and Alters Organ Flatness in Arabidopsis thaliana2020

    • 著者名/発表者名
      Gunji Shizuka、Oda Yoshihisa、Takigawa-Imamura Hisako、Tsukaya Hirokazu、Ferjani Ali
    • 雑誌名

      Frontiers in Plant Science

      巻: 11 ページ: 31-31

    • DOI

      10.3389/fpls.2020.00031

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mark1 regulates distal airspace expansion through type I pneumocyte flattening in lung development2019

    • 著者名/発表者名
      Fumoto Katsumi、Takigawa-Imamura Hisako、Sumiyama Kenta、Yoshimura Shige H.、Maehara Natsumi、Kikuchi Akira
    • 雑誌名

      Journal of Cell Science

      巻: 132 号: 24

    • DOI

      10.1242/jcs.235556

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] PtdIns (3, 5) P 2 mediates root hair shank hardening in Arabidopsis2018

    • 著者名/発表者名
      Tomoko Hirano, Hiroki Konno, Seiji Takeda, Liam Dolan, Mariko Kato, Takashi Aoyama, Takumi Higaki, Hisako Takigawa-Imamura, Masa H Sato
    • 雑誌名

      Nature Plants

      巻: 11 号: 4 ページ: 447-447

    • DOI

      10.1038/s41477-019-0416-x

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Computational model exploring the regulation for characteristic patterns in periventricular vessels.2022

    • 著者名/発表者名
      今村寿子, 平野才人
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Mathematical model exploring the regulation for characteristic patterns in periventricular vessels.2022

    • 著者名/発表者名
      今村寿子, 平野才人, 水谷健一
    • 学会等名
      2022年度日本数理生物学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 肺のヒエラルキー構造形成メカニズムの数理モデル2021

    • 著者名/発表者名
      今村寿子
    • 学会等名
      第44回日本分子生物学会年会,
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 血管内皮細胞集団による分岐構造形成のモデル化2021

    • 著者名/発表者名
      平野才人, 今村寿子
    • 学会等名
      第31回日本数理生物学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 気管支の階層構造を生み出すメカニズムを実験と数理モデルから考える2019

    • 著者名/発表者名
      今村寿子
    • 学会等名
      第92回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 肺の形態形成 II:細胞形状制御による組織変形の数理モデル2019

    • 著者名/発表者名
      今村寿子、麓勝己、三浦岳
    • 学会等名
      反応拡散系と実験の融合2
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] FGFとWntの協同による肺分岐のヒエラルキー構造形成2018

    • 著者名/発表者名
      今村寿子、麓勝己、三浦岳
    • 学会等名
      第15回 生物数学の理論とその応用 -次世代の数理科学への展開-への参加
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2024-01-30  

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