細胞世代時間の平均-分散関係と環境に依存しない固有成長性質の抽出

• 研究課題/領域番号: 25711008
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 生物物理学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 若本 祐一 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (30517884)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 26,650千円 (直接経費: 20,500千円、間接経費: 6,150千円); 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: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2014年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円); 2013年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円)
• キーワード: 1細胞計測 / 細胞情報・動態 / 成長・分裂

研究成果の概要

本研究課題では、大腸菌、分裂酵母、白血球系がん細胞を対象に、定常環境下における分裂や死の定量計測を行い、細胞生理の現象論的法則を明らかにすることを目指した。研究の結果、大腸菌では世代時間の平均と分散が線型に関係することを見出し、この関係があらゆる定常環境下での成長率の原理的上限を与える可能性を示唆した。さらに、分裂酵母の長期1細胞計測により、定常環境下での分裂率と突然死の発生率が線型に関係することを見出した。この関係から、分裂率を上げるとそれ以上に死亡率が大きくなるというトレードオフを明らかにした。また白血球系がん細胞の1細胞計測を実現するマイクロ流体デバイスを開発した。

研究成果

• [国際共同研究] ニューヨーク大学(米国)
• [国際共同研究] ニューヨーク大学(米国)
• [国際共同研究] ニューヨーク大学(米国)
• [雑誌論文] Aging, mortality, and the fast growth trade-off of Schizosaccharomyses pombe (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakaoka, H., Wakamoto, Y.
  • 雑誌名: PLoS Biology 巻: 15 号: 6 ページ: e2001109-e2001109
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.2001109
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Live fast, die fast principle in a single cell of fission yeast. (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakaoka, H.
  • 雑誌名: Microbial Cell 巻: 4 号: 9 ページ: 308-310
  • DOI: 10.15698/mic2017.09.591
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transcriptomes and Raman spectra are linked linearly through a shared low-dimensional subspace (2017)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi-Kirschvink, K. J., Nakaoka, H., Oda, A., Kamei, K. F., Nosho, K., Fukushima, H., Kanesaki, Y., Yajima, S., Masaki, H., Ohta, K., Wakamoto, Y.
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: NA ページ: 235580-235580
  • DOI: 10.1101/235580
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 1細胞レベルの環境応答と選択の計測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中岡秀憲, 梅谷実樹, 若本祐一
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 55 号: 4 ページ: 263-268
  • DOI: 10.1271/kagakutoseibutsu.55.263
  • NAID: 130006516066
  • ISSN: 0453-073X, 1883-6852
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inferring fitness landscapes and selection on phenotypic states from single-cell genealogical data (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Nozoe, E. Kussell, and Y. Wakamoto
  • 雑誌名: PLoS Genetics 巻: 13 号: 3 ページ: e1006653-e1006653
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1006653
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Microfluidic lighthouse: an omnidirectional gradient generator (2016)
  • 著者名/発表者名: Akihiko Nakajima, Motohiko Ishida, Taihei Fujimori, Yuichi Wakamoto, Satoshi Sawai
  • 雑誌名: Lab on Chip 巻: 16(22) 号: 22 ページ: 4382-4394
  • DOI: 10.1039/c6lc00898d
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Noise-driven growth rate gain in clonal cellular populations (2016)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto, M., Nozoe, T., Nakaoka, H., Okura, R., Akiyoshi, S., Kaneko, K., Kussell, E., Wakamoto, Y.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 113 号: 12 ページ: 3251-3256
  • DOI: 10.1073/pnas.1519412113
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Bacterial autoimmunity due to a restriction-modification system (2016)
  • 著者名/発表者名: Pleska, M., Qian, L., Okura, R., Bergmiller, T., Wakamoto, Y., Kussell, E., Guet, C. C.
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 26 号: 3 ページ: 404-409
  • DOI: 10.1016/j.cub.2015.12.041
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 細胞表現型ゆらぎの適応的意義と1細胞統計 (2015)
  • 著者名/発表者名: 若本祐一
  • 雑誌名: 顕微鏡 巻: 50 ページ: 86-91
  • NAID: 130007701767
  • 査読あり
• [雑誌論文] 細胞集団の適応ダイナミクスと細胞状態のゆらぎ (2014)
  • 著者名/発表者名: 野添嵩、若本祐一
  • 雑誌名: 生体の科学 巻: 65 ページ: 464-465
• [雑誌論文] Single-cell dynamics of the chromosome replication and cell division cycles in mycobacteria (2013)
  • 著者名/発表者名: Santi, I., Dhar, N., Bousbaine, D., Wakamoto, Y., McKinney, J. D.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 4 号: 1 ページ: 2470-2470
  • DOI: 10.1038/ncomms3470
  • 査読あり
• [雑誌論文] 「細胞の成長」が回路に組み込まれた幹細胞分化の転写制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 若本祐一
  • 雑誌名: 実験医学 巻: 31 ページ: 2597-2598
• [雑誌論文] 1細胞計測で明らかになる集団の増殖と適応 (2013)
  • 著者名/発表者名: 野添嵩, 橋本幹弘, 若本祐一
  • 雑誌名: 実験医学 巻: 31 ページ: 1209-1216
• [雑誌論文] ネガティブフィードバックのトレードオフを回避するウイルスの発現制御回路 (2013)
  • 著者名/発表者名: 若本祐一
  • 雑誌名: 実験医学 巻: 31 ページ: 893-894
• [学会発表] Heterogeneous response of lymphocytic cells to Mitomycin-C revealed by microfluidic single-cell time-lapse microscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Seita, A., Wakamoto, Y.
  • 学会等名: Single-Cell Biophysics: Measurement, Modulation, and Modeling
  • 国際学会
• [学会発表] Growth, Death, and Aging in Fission Yeast (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakaoka, H., Wakamoto, Y.
  • 学会等名: 9th International Fission Yeast Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Unique single-cell histories that adapt to antibiotic stress (2017)
  • 著者名/発表者名: 若本 祐一
  • 学会等名: 第90回日本細菌学会総会
  • 発表場所: 仙台国際センター(宮城県仙台市)
  • 招待講演
• [学会発表] Constraints and limits in the growth of microbial cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Wakamoto, Y.
  • 学会等名: Physical Approaches for Growing and Evolving Population
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究所(東京都目黒区)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Techniques for measuring and analyzing single-cell histories and lineage trees (2016)
  • 著者名/発表者名: Wakamoto, Y.
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会第59回シンポジウム
  • 発表場所: 帝京平成大学池袋キャンパス(東京都豊島区)
  • 年月日: 2016-11-18
  • 招待講演
• [学会発表] Single-cell dynamics leading to drug resistance acquisition (2016)
  • 著者名/発表者名: Wakamoto, Y.
  • 学会等名: International Symposium on Universal Biology
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス(東京都文京区）
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Acquisition of drug resistance at the single-cell level (2016)
  • 著者名/発表者名: Wakamoto, Y.
  • 学会等名: 第54回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: つくば国際会議場(茨城県つくば市)
  • 招待講演
• [学会発表] ストレス環境に対する適応・順応を担う特殊細胞系列の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 若本 祐一
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会9.0
  • 発表場所: 早稲田大学国際会議場(東京都新宿区)
  • 招待講演
• [学会発表] Fitness and gene expression from the viewpoint of single-cell lineages (2016)
  • 著者名/発表者名: Wakamoto, Y.
  • 学会等名: QBio NIG International Symposium
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究所（東京都目黒区）
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] バクテリアの適応ダイナミクスの1細胞解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 若本祐一
  • 学会等名: 生命動態システム科学四拠点・CREST・PRESTO・QBiC合同シンポジウム「生命動態の分子メカニズムと数理」
  • 発表場所: シェラトンホテル広島（広島県広島市）
  • 招待講演
• [学会発表] Growth and adaptation at the single-cell level (2015)
  • 著者名/発表者名: Wakamoto, Y.
  • 学会等名: QBiC Symposium 2015: High-Dimensional Data for the Design Principles of Life
  • 発表場所: 理化学研究所生命システム研究センター（大阪府吹田市）
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 細胞の増殖と死に見られる定量法則 (2015)
  • 著者名/発表者名: 若本祐一
  • 学会等名: 第38回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市）
  • 招待講演
• [学会発表] 1細胞統計学 - 長期1細胞計測で得られるデータの特性とその解釈について (2014)
  • 著者名/発表者名: 若本祐一
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会研究会「単一菌体の時間的、空間的連続観察から得られる新知見」
  • 発表場所: 帝京平成大学（東京都豊島区）
  • 年月日: 2014-11-22
  • 招待講演
• [学会発表] Single-cell analysis on microbial persistence and clonal proliferation (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Wakamoto
  • 学会等名: 2nd Annual Single Cell and Transcriptomics Asia Congress
  • 発表場所: Singapore EXPO (Singapore, Singapore)
  • 年月日: 2014-10-08
  • 招待講演
• [学会発表] 1細胞計測技術を用いた細菌パーシスタンス現象とクローン増殖の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 若本祐一
  • 学会等名: ChemBioハイブリッドレクチャー
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2014-10-04
  • 招待講演
• [学会発表] Single-cell lineage statistics reveals fitness and selection strength for heterogeneous phenotypic states (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Wakamoto
  • 学会等名: BSJ2014
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-09-26
  • 招待講演
• [学会発表] Quantifying cost and benefit of heterogeneous phenotypic states in clonal populations using single-cell lineage trees and the associated dynamics (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Wakamoto
  • 学会等名: JSMB/SMB 2014 Osaka
  • 発表場所: 大阪国際会議場（大阪府大阪市）
  • 年月日: 2014-07-29
  • 招待講演
• [学会発表] 細菌のパーシスタンス現象 (2014)
  • 著者名/発表者名: 若本祐一
  • 学会等名: 感染病態研究フロンティア
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2014-07-12
  • 招待講演
• [学会発表] 1細胞レベルの系統樹ビッグデータから解き明かす増殖法則 (2014)
  • 著者名/発表者名: 若本祐一
  • 学会等名: 2014年度人工知能学会全国大会
  • 発表場所: ひめぎんホール（愛媛県松山市）
  • 年月日: 2014-05-13
  • 招待講演
• [学会発表] 1細胞のゆらぎと歴史を測るマイクロデバイス
  • 著者名/発表者名: 若本祐一
  • 学会等名: 第８６回日本生化学会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 招待講演
• [学会発表] 1細胞レベルの適応度ゆらぎと集団ダイナミクス
  • 著者名/発表者名: 若本祐一
  • 学会等名: 定量生物の会第6回年会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府吹田市）
  • 招待講演
• [学会発表] 遺伝子発現ゆらぎとクローン細胞集団の適応
  • 著者名/発表者名: 若本祐一
  • 学会等名: 第３６回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞内部状態のゆらぎと集団の適応ダイナミクス
  • 著者名/発表者名: 若本祐一
  • 学会等名: 数学協働プログラム「生命ダイナミックスの数理とその応用」
  • 発表場所: 東京大学（東京都目黒区）
  • 招待講演
• [備考] 若本研究室ホームページ
  • URL: http://webpark1706.sakura.ne.jp
• [備考] 若本研究室ホームページ/Research
  • URL: http://webpark1706.sakura.ne.jp/research/
• [備考] 若本研究室 トップ
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/wakamoto-lab/index_j.html
• [備考] 若本研究室HP 研究内容
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/wakamoto-lab/Research_j.html
• [産業財産権] トランスクリプトーム推定装置およびトランスクリプトーム推定方法 (2017)
  • 発明者名: 若本祐一、小林鉱石
  • 権利者名: 国立大学法人東京大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-234164
  • 出願年月日: 2017