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感覚組織形成に働く接着力と表面張力を制御する細胞間シグナルの解明

公募研究

研究領域数理解析に基づく生体シグナル伝達システムの統合的理解
研究課題/領域番号 19H04965
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 複合領域
研究機関神戸大学

研究代表者

富樫 英  神戸大学, 医学研究科, 助教 (90415240)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2020年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2019年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
キーワード細胞間接着 / 細胞選別 / 数理モデル / 細胞接着 / 組織形成 / 細胞骨格 / モデリング
研究開始時の研究の概要

身体の中の組織がつくられる過程では、異なる種類の細胞がそれぞれの接着力や張力の違いといった物理的な性質の違いによって、自ら動いて並ぶことで機能的な組織を作ります。私は細胞ごとの接着性の違いによって、細胞が自らモザイク様に並ぶ新しい選別現象を見出し、組織形成の基本原理として働くだけでなく、疾患と関わることも示してきました。しかし、細胞の選別現象を単一細胞レベルで予測、再現し、操作するために必要な数理モデルは存在しません。本研究では新しい数理モデルを構築することで、組織形成に必要な細胞の動きを制御する基本原理の理解を目指します。

研究実績の概要

組織形成の過程では細胞間の接着力や張力の違い、さらに運動の制御といった様々な要因が関与することが知られており、古くから数理モデル化による理解が進められてきた。実際の組織には多様な細胞形態が含まれ、これら複数種類の細胞間での相互作用によって組織形成が進むが、これらを同時に適切に扱える数理モデルは、いまだ存在しない。本研究では鼻腔の嗅上皮と内耳の聴覚上皮での細胞の再配列運動をモデルに、細胞間の接着を起点としたシグナルによる接着力と張力の制御メカニズムを明らかにした上で、多様な細胞形態や相互作用を含む新たな組織形成モデルの構築を目標に研究を進めてきた。
嗅上皮や聴覚上皮といった感覚上皮組織では感覚細胞と支持細胞の2種類の細胞が自ら動いて特徴的なモザイクパターンに並ぶ。この自律的な再配列運動の過程を詳細に見ると、2種類の細胞はそれぞれ異なる接着分子を発現しており、同種細胞間よりも異種細胞間の接着力が強いという胞間の接着力の差が駆動力となって、細胞の割り込みが引き起こされてモザイク様に並ぶ。割り込みを伴う並び替え運動には、接している細胞辺ごとの接着力の差とともに、ミオシンを介した接着面の収縮が必要であることがわかっている。本年度までに、これまでの感覚上皮組織と培養細胞の解析から得られたパラメータをもとに研究協力者らとともに従来のモデルでは表現することが出来ない曲線などの多様な形態を含む上皮構造を再現するための新たな数理モデル「界面ネットワーク運動モデル」の構築を行い、現在投稿中である。新しいモデルを確立できたことにより、実験との相違点などの問題点も明らかになり、今後精緻化を行うとともに、さらに発展を進める。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 オープンアクセス 3件、 査読あり 3件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 6件)

  • [雑誌論文] A level set-based approach for modeling cellular rearrangements in tissue morphogenesis2020

    • 著者名/発表者名
      Rhudaina Z Mohammad, Hideki Murakawa, Karel Svadlenka, and Hideru Togashi.
    • 雑誌名

      Research Square

      巻: -

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A population dynamics model of cell-cell adhesion incorporating population pressure and density saturation2019

    • 著者名/発表者名
      Jose A Carrillo, Hideki Murakawa, Makoto Sato, Hideru Togashi, Olena Trush
    • 雑誌名

      Journal of theoretical biology

      巻: 474 ページ: 14-24

    • DOI

      10.1016/j.jtbi.2019.04.023

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] MOB1 regulates thymocyte egress and T‐cell survival in mice in a YAP1‐independent manner2019

    • 著者名/発表者名
      Kato Wakako、Nishio Miki、To Yoko、Togashi Hideru、Mak Tak Wah、Takada Hidetoshi、Ohga Shouichi、Maehama Tomohiko、Suzuki Akira
    • 雑誌名

      Genes to Cells

      巻: 24 号: 7 ページ: 485-495

    • DOI

      10.1111/gtc.12704

    • 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] Hippo pathway controls cell adhesion and context-dependent cell competition to influence skin engraftment efficiency2019

    • 著者名/発表者名
      Nishio Miki、Miyachi Yousuke、Otani Junji、Tane Shoji、Omori Hirofumi、Ueda Fumihito、Togashi Hideru、Sasaki Takehiko、Mak Tak Wah、Nakao Kazuwa、Fujita Yasuyuki、Nishina Hiroshi、Maehama Tomohiko、Suzuki Akira
    • 雑誌名

      The FASEB Journal

      巻: 33 号: 4 ページ: 5548-5560

    • DOI

      10.1096/fj.201802005r

    • 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
  • [学会発表] Asymmetric distribution of cadherin-catenin complex drives cell intercalations in nectin-dependent mosaic cellular pattern formation2020

    • 著者名/発表者名
      S. Kuno, S. Katsunuma, A. Suzuki, and H. Togashi.
    • 学会等名
      53rd Annual meeting of the Japanese Society of Developmental Biologists
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 異なるネクチンの細胞間相互作用は、カドヘリン・カテニン複合体の偏在を作り出すことで2種類の細胞のモザイクパターンを形成する2020

    • 著者名/発表者名
      富樫 英
    • 学会等名
      第72回 日本細胞生物学会大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 自己組織的な極性形成によるモザイクパターン形成2020

    • 著者名/発表者名
      富樫 英
    • 学会等名
      細胞極性研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Cellular interactions and molecular dynamics in mosaic cellular pattern formation2020

    • 著者名/発表者名
      Hideru Togashi
    • 学会等名
      第43回 日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 細胞間接着の親和性とモザイクパターン2020

    • 著者名/発表者名
      富樫英
    • 学会等名
      AIMaP研究集会 反応拡散系と実験の融合3
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 細胞間接着の親和性と感覚組織のパターン形成2019

    • 著者名/発表者名
      富樫英
    • 学会等名
      京都大学 第10回医学数物連携勉強会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 接着の偏在によるモザイク形成メカニズム2019

    • 著者名/発表者名
      富樫英
    • 学会等名
      ソフトバイオ研究会2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 細胞間接着の親和性と感覚組織のパターン形成:生物的背景2019

    • 著者名/発表者名
      富樫英
    • 学会等名
      京都駅前セミナー
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ネクチンのヘテロフィリックな相互作用によるモザイク様の細胞パターン形成では接着力と収縮力の偏りが割込みを駆動する2019

    • 著者名/発表者名
      久野 舟平、勝沼紗矢香、鈴木聡、富樫英
    • 学会等名
      第19回日本蛋白質科学会年会 第71回日本細胞生物学会大会 合同年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2021-12-27  

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