マイクロ流路を用いた動的な場の制御による進行波走化性の解析

• 研究課題/領域番号: 25840069
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 細胞生物学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 中島 昭彦 東京大学, 総合文化研究科, 特任助教 (90612119)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2015年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2013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: 走化性 / 粘菌 / 自己組織化 / 進行波 / 方向検知 / 時間センシング / マイクロ流路 / 適応 / 適応応答 / 整流性 / 細胞運動 / 整流作用 / 細胞性粘菌 / ライブセルイメージング / 微小流路 / 数理モデル / シグナル伝達 / 時空間動態

研究成果の概要

動く細胞の代表格である細胞性粘菌は走化性誘引物質cAMPの進行波を頼りに集合する。cAMP波の前面と背面は逆向きの勾配のため、波の両面で勾配をのぼると動きが相殺されて一方向には進めない「走化性パラドクス」を細胞がなぜ回避できるのか、数十年来の未解決問題であった。本研究では、微小デバイス実験系を用いて動的濃度勾配を作り出し、生細胞イメージング実験と理論的な解析から、cAMP濃度が時間的減少する場合に走化性応答が抑制される整流的な方向検知によって一方向運動が実現されることを明らかにした。これらのことは、「先に応答した側が勝つ方式」によって時間センシングによる方向検知が働いていることを支持している。

研究成果

• [雑誌論文] 動く細胞が読み取る時間と空間：走化性のパラドクスと整流作用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中島昭彦、石原秀至、澤井哲
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 56 号: 2 ページ: 098-101
  • DOI: 10.2142/biophys.56.098
  • NAID: 130005140934
  • ISSN: 0582-4052, 1347-4219
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rectified directional sensing in long-range cell migration (2014)
  • 著者名/発表者名: Akihiko Nakajima, Shuji Ishihara, Daisuke Imoto, and Satoshi Sawai
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 5 号: 1
  • DOI: 10.1038/ncomms6367
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Delineating temporal and spatial aspects of directional sensing in migrating cells (2016)
  • 著者名/発表者名: Akihiko Nakajima
  • 学会等名: Fourth annual winter q-bio meeting
  • 発表場所: Hawaii (USA)
  • 年月日: 2016-02-17
  • 国際学会
• [学会発表] Dissecting temporal and spatial information for direction sensing in migrating cells (2015)
  • 著者名/発表者名: Akihiko Nakajima and Shuji Ishihara
  • 学会等名: 16th International conference on systems biology ICSB 2015
  • 発表場所: Singapore (Singapore)
  • 年月日: 2015-11-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 整流的な細胞の移動にみられる時間空間情報の統合メカニズムとその操作 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中島昭彦、石原秀至、井元大輔、島田奈央、澤井哲
  • 学会等名: 生命動態の分子メカニズムと数理～生命動態システム科学四拠点・CREST・PRESTO合 同シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学芝蘭会館（京都府・京都市左京区）
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-17
• [学会発表] Rectified directional sensing by integration of spatial and temporal information (2015)
  • 著者名/発表者名: Akihiko Nakajima, Shuji Ishihara, Daisuke Imoto, Satoshi Sawai
  • 学会等名: Directed Cell Migration, Gordon Research Conference
  • 発表場所: Hotel Galvez, Galveston, Texas（USA）
  • 年月日: 2015-01-28 – 2015-01-29
• [学会発表] 細胞の走化性にみられる時間空間認識機構の定量生物学的解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中島昭彦
  • 学会等名: 定量生物の会第７回年会
  • 発表場所: 九州大学筑紫キャンパス（福岡県・春日市）
  • 年月日: 2015-01-12
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞の走化性応答にみられる時間空間情報の統合：数理と実験の融合的アプローチ (2014)
  • 著者名/発表者名: 中島昭彦、石原秀至、井元大輔、澤井哲
  • 学会等名: 生命ダイナミクスの数理とその応用-異分野とのさらなる融合-
  • 発表場所: 東京大学駒場キャンパス（東京都・目黒区）
  • 年月日: 2014-12-03
• [学会発表] Experimental and theoretical approaches for dissecting cellular dynamics in complex chemoattractant fields (2014)
  • 著者名/発表者名: Akihiko Nakajima
  • 学会等名: The joint annual meeting of the japanese society for mathematical biology and the society for mathematical biology
  • 発表場所: 大阪府立国際会議場（大阪府・大阪市北区）
  • 年月日: 2014-07-31
  • 招待講演
• [学会発表] How Do Cells Know in Which Direction to Move in Spatiotemporal Chemical Environments? (2014)
  • 著者名/発表者名: Akihiko Nakajima
  • 学会等名: iCeMS Symposium Mesoscopic Chemical Biology: Integrated Chemical-Physical Systems Towards Cell Control
  • 発表場所: 京都府京都市京都大学
  • 招待講演
• [学会発表] 時空間的にダイナミックな化学誘因場における細胞移動メカニズム (2014)
  • 著者名/発表者名: 中島昭彦、石原秀至、井元大輔、澤井哲
  • 学会等名: 数学・数理科学と諸科学・産業との恊働によるイノベーション創出のための研究促進プログラム「生命ダイナミックスの数理とその応用」
  • 発表場所: 東京都目黒区東京大学駒場キャンパス
• [学会発表] 時空間的に変動するcAMP場に対する細胞応答と進行波走化性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中島昭彦、石原秀至、井元大輔、澤井哲
  • 学会等名: 日本細胞性粘菌学会第３回例会
  • 発表場所: 京都府京都市京都大学理学研究科セミナーハウス
• [学会発表] Directional sensing and rectified cell motion towards temporally changing gradient (2013)
  • 著者名/発表者名: Akihiko Nakajima, Shuji Ishihara, Daisuke Imoto, Satoshi Sawai
  • 学会等名: 日本生物物理学会第５１回年会
  • 発表場所: 京都府京都市国立京都国際会館
• [学会発表] 時空間的にダイナミックな化学誘因場における細胞走性メカニズム (2013)
  • 著者名/発表者名: 中島昭彦、石原秀至、井元大輔、澤井哲
  • 学会等名: 定量生物の会第６回年会
  • 発表場所: 大阪府吹田市大阪大学吹田キャンパス銀杏会館
• [図書] "Dissecting Spatial and Temporal Sensing in Dictyostelium Chemotaxis Using a Wave Gradient Generator" Chemotaxis: Methods and Protocols 2nd Ed., Methods in Molecular Biology (2016)
  • 著者名/発表者名: Akihiko Nakajima & Satoshi Sawai (ed. Dale Hereld, Tian Jin)
  • 総ページ数: 400
  • 出版者: Springer
• [図書] 「動く細胞の定量的動態解析」 画像解析手取り足とりガイド第２章-9 (2014)
  • 著者名/発表者名: 澤井哲、井元大輔、福神史仁、中島昭彦
  • 出版者: 羊土社
• [図書] 『実験医学』vol.31, No.8 「一細胞イメージングから見る細胞内シグナルの自己組織化現象」（［特集］生命システムを定量する 企画／小林徹也） (2013)
  • 著者名/発表者名: 澤井哲、石原秀至、中島昭彦
  • 総ページ数: 7
  • 出版者: 羊土社
• [備考] 細胞の「整流作用」? 粘菌が波を使って集まれる仕組み
  • URL: http://www.u-tokyo.ac.jp/ja/utokyo-research/research-news/rectifying-property-dictates-aggregating-response-in-cellular-slime-mold/
• [備考] 【研究発表】粘菌の「集まれ！」の合図への応答にはダイオードのような整流作用が働いている。
  • URL: http://www.c.u-tokyo.ac.jp/info/news/topics/20141113131243.html