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少数分子世界の細胞情報伝達理論

公募研究

研究領域少数性生物学―個と多数の狭間が織りなす生命現象の探求―
研究課題/領域番号 24115503
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
研究機関東京大学

研究代表者

石原 秀至  東京大学, 総合文化研究科, 助教 (10401217)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2014-03-31
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2013年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2012年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
キーワードシグナル伝達系 / 確率過程 / 数理解析 / 情報理論 / 統計学
研究概要

細胞の情報処理を理解すべく、シグナル伝達系に対して以下の二つの研究を行った。
①分子間のバラツキ、分子個性がどのような利点を持ちうるかを理論的に考察した。例えばレセプター分子のリガンドへの親和性にバラツキがある場合、ない場合と比べてダイナミックレンジが広がる事、SN比が高くれる事を示した。これらを、異なる情報コーディングの状況、すなわちレセプターへの結合個数による濃度検知方式と、結合と乖離の繰り返しを数える時間的なコーディング(Berg-Percell方式)の二つの状況で調べ、いずれの場合もバラツキがある方が、外界との相互情報量を高めること、つまりノイズ揺らぎを押さえることに寄与することを示した。この結果は、分子のバラツキが実際に役に立ちうる事、バラツキがあるだけで、単純にN倍されない分子の協同的な効果がありうることを意味している。
②細胞性粘菌は集合時にcAMPのスパイラル状の波を生成し、そのシグナルを登って行くが、この動的なシグナル場の検知機構についてはほとんどわかっていなかった。実際、単純な勾配検知型だと細胞は波を登って行く事ができない。中島昭彦博士、澤井哲博士(東京大学総合文化研究科)との共同研究のもと、マイクロフルイディクスによって波のプロファイルを人工的に生成し、周期を変えた実験を行った。このとき、細胞内のRasの応答を同時に観測し、実験結果を説明する数理モデルを与え、解析した。細胞が、シグナルの時間変化への応答と空間勾配への応答をどのように使い分け、統合しているのかを表す表式を得て、これを用いて細胞が周期的シグナルを登れる特長的時間がどのように決定しているかを明らかにした。

現在までの達成度 (区分)
理由

25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

25年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2014 2013 2012

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 5件)

  • [雑誌論文] Evolution of Genetic Redundancy : The Relevance of Complexity in Genotype-Phenotype Mapping2014

    • 著者名/発表者名
      N. Saito, S. Ishihara, and K. Kaneko
    • 雑誌名

      New J. Physics

      巻: accepted

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The Baldwin effect under multi-peaked fitness landscapes : Phenotypic fluctuation acceleratesevolutionary rate2013

    • 著者名/発表者名
      N. Saito, S. Ishihara, and K. Kaneko
    • 雑誌名

      Phys. Rev. E

      巻: 87 号: 5 ページ: 52701-52701

    • DOI

      10.1103/physreve.87.052701

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 1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2013

    • 著者名/発表者名
      澤井哲, 石原秀至, 中島昭彦
    • 雑誌名

      実験医学

      巻: 31 ページ: 1217-1223

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [雑誌論文] Identifying dynamical systems with bifurcations from noisy partial observation2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Kondo, K. Kaneko and S. Ishihara
    • 雑誌名

      Phys. Rev. E

      巻: 87 号: 4 ページ: 42716-42716

    • DOI

      10.1103/physreve.87.042716

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phase geometries of two-dimensional excitable waves govern self-organized morphodynamics of amoeboid cells2013

    • 著者名/発表者名
      D. Taniguchi, S. Ishihara, T. Oonuki, M. Honda-Kitahara, K. Kaneko and S. Sawai
    • 雑誌名

      Proc. Natl. Acad. Sci. USA

      巻: Vol. 110, No. 13 号: 13 ページ: 5016-5021

    • DOI

      10.1073/pnas.1218025110

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Morphodynamics of migrating cells2014

    • 著者名/発表者名
      Shuji Ishihara
    • 学会等名
      International Workshop on Spatiotemporal Pattern Formation in Biological and Active Matters
    • 発表場所
      Ochanomizu University (東京都文京区)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Model of Cell migration with multiple compass variables2013

    • 著者名/発表者名
      石原秀至
    • 学会等名
      東大理学部佐野研セミナー
    • 発表場所
      東大理学部(東京都文京区)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Construction of inner-cell dynamics from spatio-temporal data2013

    • 著者名/発表者名
      Shuji Ishihara
    • 学会等名
      NOLTA 2013
    • 発表場所
      Santa Fe Community Convention Center (New Mexico, USA)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Estimating inner-cell dynamics from spatio-temporal data2013

    • 著者名/発表者名
      石原秀至
    • 学会等名
      第51回日本生物物理学会年かい
    • 発表場所
      国立京都国際会館 (京都市左京区)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Identifying dynamical systems with bifurcations from single-cell time series2013

    • 著者名/発表者名
      近藤洋平
    • 学会等名
      The First Annual Winter q-bio Meeting
    • 発表場所
      Hilton Hawaiian Village in Waikiki, Hawaii, USA
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 変形する細胞の運動とコンパスモデル2013

    • 著者名/発表者名
      石原秀至
    • 学会等名
      非線形現象の数値シミュレーションと解析2013
    • 発表場所
      北海道大学(札幌、北海道)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Estimating reaction diffusion equations for signaling dynamics in Dictyostelium2012

    • 著者名/発表者名
      石原秀至
    • 学会等名
      次世代情報処理における揺らぎと確率2
    • 発表場所
      理化学研究所 和光キャンパス 大河内記念ホール 埼玉県和光市
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Estimating the reaction diffusion equations for phosphatidylinositide waves in Dictyostelium from live cell imaging data2012

    • 著者名/発表者名
      S. Ishihara
    • 学会等名
      BayesComp2012
    • 発表場所
      統計数理研究所 (立川市、東京都)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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