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細胞競合力学制御の解明のための力推定法の開発と応用

公募研究

研究領域細胞競合:細胞社会を支える適者生存システム
研究課題/領域番号 17H05617
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 生物系
研究機関京都大学

研究代表者

杉村 薫  京都大学, 高等研究院, 特定拠点准教授 (50466033)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円)
2018年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2017年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
キーワード細胞競合 / 力学 / ベイズ推定 / 力 / 形態形成 / ショウジョウバエ / ベイズ統計学 / ベイズ統計 / ガン / 数値計算 / 上皮
研究実績の概要

細胞競合は、細胞の適応度の差を認識してより高い質の細胞を選別する、多細胞生物の発生・維持に必須の過程である。ここ数年で、分泌性因子などを介した化学的相互作用に加えて、力学的相互作用が細胞競合に必須の役割を果たすことが示唆されつつある。しかしながら、細胞競合過程における力の時空間動態の定量化が技術的に難しいことから、既存研究の多くは、細胞競合と力の関連性を示すにとどまっている。
本研究ではこれまでに、細胞競合のwinnerとloserが力学的に異なる特性を持ちうるという事前分布を導入することで、細胞競合解析に最適化された力のベイズ推定法を定式化し、さらに、数値データを用いた解析から、新規手法では推定の正確性が向上していることを確認していた。
2018年度と2019年度は、開発した力推定法を上皮細胞競合の実験データに適用し、手法の生体内評価および上皮細胞競合の力学の解析を実施した。まず、ショウジョウバエ背板上皮のRasV12クローンでは、クローン内部と比べて境界面で細胞接着面の張力が高まるという過去の論文 (Bosveld et al. Development, 2016) と整合的な結果を得た。つづいて、新学術細胞競合領域公募班メンバーである、生理学研究所古瀬研究室大谷哲久助教との共同研究により、ZO-1/ZO-2ダブルノックアウト哺乳類培養上皮細胞の細胞競合を解析した。その結果、クローン境界部で細胞接着面張力が高まり、クローン内部で弱まることが明らかになった。細胞競合解析に最適化された力のベイズ推定法の有用性が示唆されたので、今後も共同研究を通じて、幅広い細胞競合現象の力学過程の解析に取り組んでいく予定である。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 2件、 招待講演 9件) 図書 (1件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] スルボンヌ大学(フランス)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] ソルボンヌ大学(フランス)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] 組織変形の定量化手法と多階層連続体モデル2020

    • 著者名/発表者名
      石原秀至
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 60 号: 1 ページ: 037-043

    • DOI

      10.2142/biophys.60.037

    • NAID

      130007790184

    • ISSN
      0582-4052, 1347-4219
    • 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
  • [雑誌論文] 特集 メカノバイオロジー Ⅳ.生体構造の力学モデリングとシミュレーション 細胞と組織をつなぐ新しいクラスの連続体モデル2019

    • 著者名/発表者名
      杉村 薫, 石原 秀至
    • 雑誌名

      生体の科学

      巻: 70 号: 4 ページ: 333-338

    • DOI

      10.11477/mf.2425201009

    • ISSN
      0370-9531, 1883-5503
    • 年月日
      2019-08-15
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] AIP1 and cofilin ensure a resistance to tissue tension and promote directional cell rearrangement.2018

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Ikawa and Kaoru Sugimura.
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 9 号: 1 ページ: 329-329

    • DOI

      10.1038/s41467-018-05605-7

    • NAID

      120006517892

    • 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
  • [雑誌論文] Difference in Dachsous levels between migrating cells coordinates the direction of collective cell migration.2017

    • 著者名/発表者名
      Masaki Arata, Kaoru Sugimura, and Tadashi Uemura.
    • 雑誌名

      Developmental Cell

      巻: 42 号: 5 ページ: 479-497

    • DOI

      10.1016/j.devcel.2017.08.001

    • NAID

      120006345030

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] From cells to tissue: A continuum model of epithelial mechanics,2017

    • 著者名/発表者名
      Shuji Ishihara, Philippe Marcq, Kaoru Sugimura
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 96 号: 2 ページ: 022418-022418

    • DOI

      10.1103/physreve.96.022418

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A mechanical model for diversified insect wing margin shapes2017

    • 著者名/発表者名
      Ishimoto Yukitaka、Sugimura Kaoru
    • 雑誌名

      Journal of Theoretical Biology

      巻: 427 ページ: 17-27

    • DOI

      10.1016/j.jtbi.2017.05.026

    • NAID

      130007410951

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 定量生物学における力学計測・モデリングの基礎2019

    • 著者名/発表者名
      杉村薫、石原秀至
    • 学会等名
      定量生物学の会第九回年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 成長する上皮組織の連続体モデル解析2019

    • 著者名/発表者名
      杉村薫、Philippe Marcq, 石原秀至
    • 学会等名
      定量生物学の会第九回年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] The mechanics of nature behind the multicellular tissue structure2019

    • 著者名/発表者名
      Kaoru Sugimura
    • 学会等名
      第57回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantifying and modelling epithelial morphogenesis2018

    • 著者名/発表者名
      Kaoru Sugimura, Philippe Marcq, Shuji Ishihara
    • 学会等名
      iCeMS-iTHEMS Joint Workshop on Interdisciplinary Biology
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantifying and modelling epithelial morphogenesis2018

    • 著者名/発表者名
      Kaoru Sugimura, Philippe Marcq, Shuji Ishihara
    • 学会等名
      The Joint Meeting of the Society for Mathematical Biology and the Japanese Society for Mathematical Biology
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 数理と実験で解き明かす生体組織の成長メカニズム2018

    • 著者名/発表者名
      杉村薫、石原秀至
    • 学会等名
      理化学研究所数理創造プログラム特別講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantifying and modelling epithelial morphogenesis.2017

    • 著者名/発表者名
      Kaoru Sugimura, Philippe Marcq, Shuji Ishihara.
    • 学会等名
      iCeMS-iTHEMS Joint Workshop on Interdisciplinary Biolog
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantifying and modelling epithelial morphogenesis.2017

    • 著者名/発表者名
      Kaoru Sugimura, Philippe Marcq, Shuji Ishihara.
    • 学会等名
      The Joint Meeting of the Society for Mathematical Biology and the Japanese Society for Mathematical Biology
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 数理と実験で解き明かす生体組織の成長メカニズム.2017

    • 著者名/発表者名
      杉村薫、石原秀至.
    • 学会等名
      理化学研究所数理創造プログラム特別講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 定量生物学における力学計測・モデリングの基礎.2017

    • 著者名/発表者名
      杉村薫、石原秀至.
    • 学会等名
      定量生物学の会第九回年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 成長する上皮組織の連続体モデル解析.2017

    • 著者名/発表者名
      杉村薫、Philippe Marcq, 石原秀至.
    • 学会等名
      定量生物学の会第九回年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [図書] 小林徹也(編) 定量生物学 第7章 組織の力・応力の定量生物学2018

    • 著者名/発表者名
      杉村 薫, 石原 秀至.
    • 総ページ数
      290
    • 出版者
      化学同人]
    • ISBN
      9784759817300
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 京都大学高等研究院物質-細胞統合システム拠点杉村グループウェブサイト

    • URL

      http://www.koolau.info/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 京都大学高等研究院物質-細胞統合システム拠点杉村グループウェブサイト

    • URL

      http://www.koolau.info/

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-01-27  

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