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形態形成ダイナミクスのマルチスケールメカノバイオロジー解析手法の構築

公募研究

研究領域ミクロからマクロへ階層を超える秩序形成のロジック
研究課題/領域番号 23127506
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

井上 康博  京都大学, 再生医科学研究所, 准教授 (80442929)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2013-03-31
研究課題ステータス 完了 (2012年度)
配分額 *注記
8,710千円 (直接経費: 6,700千円、間接経費: 2,010千円)
2012年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2011年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
キーワードメカノバイオロジー / 形態形成 / シミュレーション / マルチスケール / 発生・分化
研究実績の概要

本研究課題では、形態形成過程に見られる組織階層における多細胞間の協調によるダイナミクスと細胞階層の力場・細胞変形との関連、さらに細胞変形によって生じる分子階層の力学-生化学変換について、アクチン細胞骨格系の力学-生化学連成を中心に、階層間接続するマルチスケールメカノバイオロジーの解析手法の構築を目指している。本年度は、以下の成果を得た。
(1)分子スケール:アクチンフィラメントに対する張力負荷は、フィラメント内のアミノ酸残基の位置を一様に変化させるのではなく、特定のアミノ酸残基群からなる立体構造を変化させることがわかった。そのようなアミノ酸残基群には、張力感受的な相互作用変調が実験的に示唆されているタンパク質との結合ドメインが含まれていたことから、張力感受の分子実体に迫る重要な知見が得られたと考えられる。(2)分子集団・細胞スケール:アクチン-ミオシン間相互作用の張力感受性を数理モデル化し、1分子レベルの張力感受性から分子集団・細胞レベルの張力感受的な構造適応が生じる仕組をシミュレーションにより示した。分子から細胞に至る階層を超えた力感受のロジックに繋がる重要な成果である。(3)組織スケール:形態形成の多細胞動態を表すために前年度に構築した数理モデル(RNRモデル)を用いて、形態形成に必須の細胞活動である細胞増殖の数理モデルを構築した。構築したモデルによるシミュレーションから、細胞レベルの特性量である細胞分裂軸の変調が組織レベルの成長過程における形状変化に与える影響を解析することができるようになり、細胞から組織に至る組織形状構築に関するロジック抽出に必要不可欠のメカノバイオロジー手法を構築することに成功した。以上の成果を査読英文誌(4報)において発表した。

現在までの達成度 (段落)

24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

24年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (45件)

すべて 2013 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 10件) 学会発表 (34件) (うち招待講演 4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Apical contractility in growing epithelium supports robust maintenance of smooth curvatures against cell-division-induced mechanical disturbance2013

    • 著者名/発表者名
      Satoru Okuda, Yasuhiro Inoue, Mototsugu Eiraku, Yoshiki Sasai, Taiji Adachi
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanics

      巻: 未定

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Modeling cell proliferation for simulating three-dimensional tissue morphogenesis based on a reversible network reconnection framework2013

    • 著者名/発表者名
      Satoru Okuda, Yasuhiro Inoue, Mototsugu Eiraku, Yoshiki Sasai, Taiji Adachi
    • 雑誌名

      Biomechanics and Modeling in Mechanobiology

      巻: (in print) 号: 5 ページ: 987-996

    • DOI

      10.1007/s10237-012-0458-8

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Role of the actin-myosin catch bond on actomyosin aggregate forma- tion2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Inoue, T. Adachi
    • 雑誌名

      Cell. Molec. Bioeng.

      巻: Vol. 6 号: 1 ページ: 3-12

    • DOI

      10.1007/s12195-012-0265-4

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reversible network reconnection model for simulating large deformation in dynamic tissue morphogenesis2013

    • 著者名/発表者名
      Okuda S, Inoue Y, Eiraku M, Sasai Y, Adachi T
    • 雑誌名

      Biomech Model Mechanobiol

      巻: 12 号: 4 ページ: 627-44

    • DOI

      10.1007/s10237-012-0430-7

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Soft-core Interaction Between Entanglement Segments for Primitive Chain Network Simulations2012

    • 著者名/発表者名
      Satoru Okuda, Takashi Uneyama, Yasuhiro Inoue, Yuichi Masubuchi, Masaki Hojo
    • 雑誌名

      日本レオロジー学会誌

      巻: 40 号: 1 ページ: 21-30

    • DOI

      10.1678/rheology.40.21

    • NAID

      10031143570

    • ISSN
      0387-1533, 2186-4586
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantitative analysis of extension-torsion coupling of actin filaments2012

    • 著者名/発表者名
      Shinji Matsushita, Yasuhiro Inoue, Taiji Adachi
    • 雑誌名

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      巻: (印刷中)

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of tensile force on the mechanical behavior of actin filament2011

    • 著者名/発表者名
      Shinji Matsushita, Yasuhiro Inoue, Masaki Hojo, Masahiro Sokabe, Taiji Adachi
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanics

      巻: 44 号: 9 ページ: 1776-1781

    • DOI

      10.1016/j.jbiomech.2011.04.012

    • NAID

      120003779176

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Coase-grained Brownian rathcet model of membrane protrusion on cellular scale2011

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro Inoue, Taiji Adachi
    • 雑誌名

      Biomechanics and Modeling in Mechanobiology

      巻: 10 号: 4 ページ: 495-503

    • DOI

      10.1007/s10237-010-0250-6

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Modeling myosin-dependent rearrangement and force generation in an actomyosin network2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Inoue
    • 雑誌名

      Journal of Theoretical Biology

      巻: 281 号: 1 ページ: 65-73

    • DOI

      10.1016/j.jtbi.2011.04.004

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Advances in experiments and modeling in micro- and nano-biomechanics-A mini review2011

    • 著者名/発表者名
      M.Long
    • 雑誌名

      Cellular and Molecular Bioengineering

      巻: 4 号: 3 ページ: 327-339

    • DOI

      10.1007/s12195-011-0183-x

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Biomechanical Simulation of Tissue Morphogenesis Based on Multicellular Interactions2013

    • 著者名/発表者名
      Taiji Adachi, Satoru Okuda, Yasuhiro Inoue
    • 学会等名
      International Symposium on Bio Medical Engineering Interface
    • 発表場所
      東北大学
    • 年月日
      2013-03-14
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] リバーシブル・ネットワーク・リコネクションモデルに基づく組織形態形成シミュレーションのための細胞増殖の数理モデル化2013

    • 著者名/発表者名
      奥田 覚,井上 康博,永樂 元次,笹井 芳樹,安達 泰治
    • 学会等名
      日本機械学会第25回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      産業技術総合研究所(つくば)
    • 年月日
      2013-01-09
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 分子動力学法を用いたアクチンフィラメントの張力感受に関わるアミノ酸残基群の力学的挙動の検討2013

    • 著者名/発表者名
      近藤 由章, 井上 康博, 安達 泰治
    • 学会等名
      日本機械学会第25回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      産業技術総合研究所(つくば)
    • 年月日
      2013-01-09
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 形態形成ダイナミクスのマルチスケール計算メカノバイオロジー2012

    • 著者名/発表者名
      井上康博,安達泰治
    • 学会等名
      第4回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
    • 発表場所
      北九州市
    • 年月日
      2012-10-22
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 分子動力学法を用いたアクチンフィラメントの張力感受に関わるアミノ酸残基群の力学的挙動の検討2012

    • 著者名/発表者名
      近藤 由章, 井上 康博, 安達 泰治
    • 学会等名
      第4回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
    • 発表場所
      北九州市
    • 年月日
      2012-10-22
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 分子動力学法によるコフィリン修飾アクチンフィラメントの平衡化シミュレーション2012

    • 著者名/発表者名
      藤井 徹矢, 井上 康博, 安達 泰治
    • 学会等名
      日本機械学会第23回バイオフロンティア講演会
    • 発表場所
      弘前市
    • 年月日
      2012-10-05
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 骨梁リモデリングにおけるシグナル伝達機構の数理モデル化2012

    • 著者名/発表者名
      竹中 健太郎, 井上 康博, 安達 泰治
    • 学会等名
      日本機械学会第23回バイオフロンティア講演会
    • 発表場所
      弘前市
    • 年月日
      2012-10-05
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Large Deformation of Multicellular Tissues during Morphogenesis Using Reversible Network Reconnection Model2012

    • 著者名/発表者名
      Satoru Okuda, Yasuhiro Inoue, Mototsugu Eiraku, Yoshiki Sasai, and Taiji Adachi
    • 学会等名
      Exciting Biologies: Forces in Biology
    • 発表場所
      アイルランド
    • 年月日
      2012-10-04
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Molecular dynamics model of cofilactin filament2012

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Fujii, Yasuhiro Inoue, Taiji Adachi
    • 学会等名
      第50回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      2012-09-22
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Simulations of large deformation during tissue morphogenesis using reversible network reconnection model2012

    • 著者名/発表者名
      Satoru Okuda, Yasuhiro Inoue, Mototsugu Eiraku, Yoshiki Sasai, Taiji Adachi
    • 学会等名
      第50回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      2012-09-22
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 分子動力学法を用いたアクチンフィラメント内サブユニットの力学的挙動の検討2012

    • 著者名/発表者名
      近藤 由章, 松下 慎二, 井上 康博, 安達 泰治
    • 学会等名
      日本機械学会2012年度年次大会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2012-09-10
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Rearrangement dynamics of contractile actomyosin networks2012

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro Inoue, Shunsuke Tsuda, Koji Nakagawa, Masaki Hojo, Taiji Adachi
    • 学会等名
      10th World Congress on Computational Mechanics
    • 発表場所
      ブラジル
    • 年月日
      2012-07-08
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Mathematical model for large deformations of multiple-cell aggregate during tissue morphogenesis2012

    • 著者名/発表者名
      Satoru Okuda, Yasuhiro Inoue, Mototsugu Eiraku, Yoshiki Sasai, Taiji Adachi
    • 学会等名
      10th World Congress on Computational Mechanics
    • 発表場所
      ブラジル
    • 年月日
      2012-07-08
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Mechanical Behavior of Actin Filaments under Tension: A Molecular Dynamics Simulation Study2012

    • 著者名/発表者名
      Taiji Adachi, Shinji Matsushita, Yashihiro Inoue
    • 学会等名
      10th International Symposium on Biomechanics and Biomedical Engineering
    • 発表場所
      ドイツ
    • 年月日
      2012-04-11
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Three-dimensional vertex model for simulating large deformation of cell aggregates during tissue morphogenesis2012

    • 著者名/発表者名
      Satoru Okuda, Yasuhiro Inoue, Mototsugu Eiraku, Yoshiki Sasai, Taiji Adachi
    • 学会等名
      CDB Symposium 2012 : Quantitative Developmental Biology
    • 発表場所
      理化学研究所CDB
    • 年月日
      2012-03-26
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Molecular Dynamics Simulation Study of Mechanical Behavior of Actin Subunits in the Actin Filament2012

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki Kondo, Yasuhiro Inoue, Taiji Adachi
    • 学会等名
      International Symposium on Cellular Mechanobiology
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2012-03-16
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Trabecular Remodeling Simulation Considering Bone Remodeling Cycle2012

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Takenaka, Hiroki Ishibashi, Yasuhiro Inoue, Taiji Adachi
    • 学会等名
      International Symposium on Cellular Mechanobiology
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2012-03-16
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Mathematical Modeling and Simulation of Mechanical Behavior of Cell during Cytokinesis2012

    • 著者名/発表者名
      Koji Nakagawa, Yasuhiro Inoue, Satoru Okuda, Taiji Adachi
    • 学会等名
      International Symposium on Cellular Mechanobiology
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2012-03-16
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Cofilactin Filament Model for Molecular Dynamics Simulation2012

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Fujii, Yasuhiro Inoue, Taiji Adachi
    • 学会等名
      International Symposium on Cellular Mechanobiology
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2012-03-16
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Three-dimensional vertex model for simulating large deformation of cell aggregates during tissue morphogenesis2012

    • 著者名/発表者名
      Satoru Okuda, Yasuhiro Inoue, Mototsugu Eiraku, Yoshiki Sasai, Taiji Adachi
    • 学会等名
      International Symposium on Cellular Mechanobiology
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2012-03-16
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] SIMULATION OF MYOSIN-DEPENDENT REARRANGEMENT AND FORCE GENERATION IN AN ACTOMYOSIN NETWORK2012

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro Inoue, Shunsuke Tsuda, Koji Nakagawa, Masaki Hojo, Taiji Adachi
    • 学会等名
      56th Annual Meeting of Biophysical Society
    • 発表場所
      サンディエゴ(アメリカ)
    • 年月日
      2012-02-27
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] MOLECULAR DYNAMICS ANALYSIS OF COUPLING BEHAVIORS BETWEEN EXTENSION AND TORSION OF ACTIN FILAMENTS2012

    • 著者名/発表者名
      Shinji Matsushita, Yasuhiro Inoue, Taiji Adachi
    • 学会等名
      56th Annual Meeting of Biophysical Society
    • 発表場所
      サンディエゴ(アメリカ)
    • 年月日
      2012-02-27
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 組織発生の形態形成過程における細胞の分裂と成長のモデル化2012

    • 著者名/発表者名
      奥田覚, 井上康博, 永樂元次, 笹井芳樹, 安達泰治
    • 学会等名
      日本機械学会第24回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2012-01-08
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 吸収腔の移動に着目した骨リモデリングシミュレーション2012

    • 著者名/発表者名
      石橋弘輝, 井上康博, 安達泰治
    • 学会等名
      日本機械学会第24回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2012-01-07
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 細胞質分裂における収縮環の力発生と細胞膜変形との関連:力学シミュレーションによる検討2012

    • 著者名/発表者名
      中川光司, 井上康博, 奥田覚, 安達泰治
    • 学会等名
      日本機械学会第24回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2012-01-07
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Molecular Dynamics Simulation of Actin Filament2012

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro Inoue, Shinji Matsushita, Taiji Adachi
    • 学会等名
      KSME-JSME Joint Symposium on CM CAE 2012
    • 発表場所
      金沢大学
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] マルチースケール多細胞力学系シミュレーション2012

    • 著者名/発表者名
      井上 康博
    • 学会等名
      日本応用数理学会数理医学研究部会第30回数理医学セミナー
    • 発表場所
      大阪大学
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] アクチン細胞骨格の動力学シミュレーション2011

    • 著者名/発表者名
      井上康博
    • 学会等名
      日本バイオインフォマティクス学会応用システムバイオロジー研究会
    • 発表場所
      理化学研究所計算科学研究機構(招待講演)
    • 年月日
      2011-11-07
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Particulate-based simulation of myosin-dependent rearrangement dynamics of actomyosin networks2011

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro Inoue
    • 学会等名
      International Symposium on Mechanobiology
    • 発表場所
      上海(中国)(招待講演)
    • 年月日
      2011-11-06
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 細胞分裂における収縮環による細胞変形のシミュレーション2011

    • 著者名/発表者名
      中川光司, 井上康博, 奥田覚, 安達泰治
    • 学会等名
      日本機械学会第22回バイオフロンティア講演会
    • 発表場所
      アスト津(三重県)
    • 年月日
      2011-10-08
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Physical and geometrical improvements of three-dimensional vertex model for simulating morphogenetic dynamics of multicellular tissue in development2011

    • 著者名/発表者名
      Satoru Okuda, Yasuhiro Inoue, Mototsugu Eiraku, Yoshiki Sasai, Taiji Adachi
    • 学会等名
      Exciting biology series : Biology at the interface
    • 発表場所
      理化学研究所CDB
    • 年月日
      2011-09-29
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] シート状多細胞組織の形態発生に関する数理モデルの検討2011

    • 著者名/発表者名
      奥田覚, 井上康博, 永楽元次, 笹井芳樹, 安達泰治
    • 学会等名
      日本機械学会2011年度年次大会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2011-09-13
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] アクチンフィラメントの引張-ねじり連成挙動の評価2011

    • 著者名/発表者名
      松下慎二, 井上康博, 曽我部正博, 安達泰治
    • 学会等名
      日本機械学会2011年度年次大会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2011-09-13
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] アクチン細胞骨格のバイオメカニクスシミュレーション2011

    • 著者名/発表者名
      井上康博
    • 学会等名
      第14回信州大学超精密技術センター講演会
    • 発表場所
      信州大学(招待講演)
    • 年月日
      2011-09-02
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [備考] 京都大学教育活動データベース

    • URL

      http://kyouindb.iimc.kyoto-u.ac.jp/j/lS2qY

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2011-04-06   更新日: 2018-03-28  

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