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ショウジョウバエ視覚中枢をモデルとした数理予測の実証

公募研究

研究領域細胞社会ダイバーシティーの統合的解明と制御
研究課題/領域番号 20H05030
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
研究機関金沢大学

研究代表者

八杉 徹雄  金沢大学, 新学術創成研究機構, 准教授 (90508110)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021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)
2021年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2020年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
キーワードショウジョウバエ / 視覚中枢 / 数理モデル / 数理モデリング
研究開始時の研究の概要

組織の発生、恒常性維持において、未分化細胞の増殖と分化は様々なシグナル伝達経路の相互作用によって厳密に制御される。この細胞社会ダイバーシティーを制御するシグナル経路の働きの解明は、組織発生や恒常性維持機構の理解に必須なだけでなく、その破綻に起因する種々の疾患の治療への応用も期待できる。
本研究では、未分化細胞の増殖と分化が時空間的に制御された中で進行するショウジョウバエの視覚中枢をモデルをとし、未分化細胞の挙動の時空間パターンを記述する数理モデルの予測を生体内で実証することで、組織発生と腫瘍形成機構を明らかにする。

研究実績の概要

組織の発生、恒常性維持において、未分化細胞の増殖と分化は様々なシグナル伝達経路の相互作用によって厳密に制御される。この細胞社会ダイバーシティーを制御するシグナル経路の働きの解明は、組織発生や恒常性維持機構の理解に必須なだけでなく、その破綻に起因するガンをはじめとする種々の疾患の治療への応用も期待できる。本研究では、未分化細胞の増殖と分化が時空間的に制御された中で進行するショウジョウバエ視覚中枢をモデルとし、未分化細胞の挙動の時空間パターンを記述する数理モデルの予測を生体内で実証することで、組織発生と腫瘍形成機構の包括的な理解を目指した。
本年度は、未分化な神経上皮細胞で発現し、視覚中枢のサイズを制御するdMycに着目し、研究を継続した。視覚中枢特異的なdMyc遺伝子の機能阻害が細胞増殖、細胞成長に及ぼす影響の定量的計測を行った。また、Hippoシグナルの阻害がdMyc遺伝子の異所的な発現を誘導することを見出だした。同時に、視覚中枢の発生ダイナミクスを表す数理モデルを用いて、細胞増殖による領域成長を加味したシミュレーションを行った。
今後、神経上皮細胞の細胞増殖、細胞成長、神経幹細胞への分化の要素を取り入れたシミュレーションを行うことで、パラメータと理論の正当性を検証する。ショウジョウバエの遺伝学的手法を駆使し、各シグナル経路や因子の活性を増強または減弱させ、シミュレーションで予測される時空間パターンが生体内で観察されるか、ライブイメージング法及び組織染色法を用いて検証する。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Intracellular trafficking of Notch orchestrates temporal dynamics of Notch activity in the fly brain2021

    • 著者名/発表者名
      Wang Miaoxing、Han Xujun、Liu Chuyan、Takayama Rie、Yasugi Tetsuo、Ei Shin-Ichiro、Nagayama Masaharu、Tanaka Yoshitaro、Sato Makoto
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 12 号: 1 ページ: 1-15

    • DOI

      10.1038/s41467-021-22442-3

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mathematical modeling of Notch dynamics in <i>Drosophila</i> neural development2021

    • 著者名/発表者名
      Yasugi Tetsuo、Sato Makoto
    • 雑誌名

      Fly

      巻: 16 号: 1 ページ: 24-36

    • DOI

      10.1080/19336934.2021.1953363

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dscam1 establishes the columnar units through lineage-dependent repulsion between sister neurons in the fly brain2020

    • 著者名/発表者名
      Liu Chuyan、Trush Olena、Han Xujun、Wang Miaoxing、Takayama Rie、Yasugi Tetsuo、Hayashi Takashi、Sato Makoto
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 11 号: 1 ページ: 4067-4067

    • DOI

      10.1038/s41467-020-17931-w

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Role for phagocytosis in the prevention of neoplastic transformation in Drosophila2020

    • 著者名/発表者名
      Zhang Min、Nagaosa Kaz、Nakai Yuji、Yasugi Tetsuo、Kushihiki Masako、Rahmatika Dini、Sato Makoto、Shiratsuchi Akiko、Nakanishi Yoshinobu
    • 雑誌名

      Genes to Cells

      巻: 25 号: 10 ページ: 675-684

    • DOI

      10.1111/gtc.12804

    • 関連する報告書
      2020 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] A continuation method for spatially discretized models with nonlocal interactions conserving size and shape of cells and lattices2020

    • 著者名/発表者名
      Ei Shin-Ichiro、Ishii Hiroshi、Sato Makoto、Tanaka Yoshitaro、Wang Miaoxing、Yasugi Tetsuo
    • 雑誌名

      Journal of Mathematical Biology

      巻: 81 号: 4-5 ページ: 981-1028

    • DOI

      10.1007/s00285-020-01534-6

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] ショウジョウバエにおいてPiwiは核内倍加を介して個体の発育を制御する2022

    • 著者名/発表者名
      八杉徹雄
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ショウジョウバエをモデルとした神経幹細胞分化の数理モデル解析と実証2021

    • 著者名/発表者名
      八杉徹雄
    • 学会等名
      文部科学省 科学研究補助金 新学術領域研究(研究領域提案型)細胞社会ダイバーシティーの統合的解明と制御 第6回公開シンポジウム「多階層1細胞解析と個体モデルで実証する細胞社会ダイバーシティー」
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 神経幹細胞分化の時空間的制御機構2021

    • 著者名/発表者名
      八杉徹雄
    • 学会等名
      大阪大学 数理・データ科学教育研究センター(MMDS)講演会「医学研究における数理的方法」
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Notch dynamics regulate temporal patterning of neurogenesis in the developing fly brain2020

    • 著者名/発表者名
      Tetsuo Yasugi, Miaoxing Wang, Xujun Han, Chuyan Liu, Rie Takayama, Makoto Sato
    • 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
  • [学会発表] Mathematical Modeling and Experimental Verification of the “Proneural Wave”2020

    • 著者名/発表者名
      Tetsuo Yasugi
    • 学会等名
      JSPS Core-to-Core Program 「Establishing International Research Network of Mathematical Oncology -Fusion of Mathematics and Biology-
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2023-12-25  

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