場と動きの共鳴から出現する多細胞ダイナミクスの解析

• 研究領域: 動く細胞と場のクロストークによる秩序の生成
• 研究課題/領域番号: 25111704
• 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: 澤井 哲 東京大学, 総合文化研究科, 准教授 (20500367)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円); 2014年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円); 2013年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
• キーワード: 走化性 / 粘菌 / cAMP / 適応応答 / 生体生命情報学 / 自己組織化 / シグナル伝達 / 生物物理

研究実績の概要

粘菌細胞の集合は、静的なcAMP勾配ではなく、cAMPの動的な進行波への誘引によって引き起こされている。細胞が受ける空間的な勾配は常に一定ではなく、波が細胞を通過するごとに勾配の方向が反転してしまう。空間勾配を検知するだけでは、繰り返し反転する場に対して細胞は行ったり来たりしてしまい、一方向に進むことが難しいはずと考えられている。昨年度までの解析により、我々は、微小流路を用いて進行波刺激を再現する系を構築し、3分から10分で通過するcAMP波に対してのみ、波がやってくる方向へ一方向移動し、このことが濃度の時間変化が減少である際がフィルターアウトされる特性に由来していることを明らかにした。今年度は、この問題を引き継ぐかたちで、粘菌の集合ステージの後期における運動に注目し、これまでに明らかにしてきたフィルター特性では説明つかないことを明らかにした。とくに、細胞間接着の様式の重要性に着目し、微小流路系の勾配チャンバーの改良を進め、細胞の極性形成とその維持に関わる動態について詳しく解析した。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Rectified directional sensing in long-range cell migration (2014)
  • 著者名/発表者名: Akihiko Nakajima, Shuji Ishihara, Daisuke Imoto, and Satoshi Sawai
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 5 号: 1
  • DOI: 10.1038/ncomms6367
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Phosphorylation of chemoattractant receptors regulates chemotaxis, actin reorganization and signal relay. (2013)
  • 著者名/発表者名: Brzostowski, J. A., Sawai, S., Rozov, O., Liao, X., Imoto, D., Parent, C. A., Kimmel. A. R.
  • 雑誌名: J. Cell. Sci. 巻: 126(20) ページ: 4614-4626
  • DOI: 10.1242/jcs.122952
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Design Principle of Group-level Decision Making in Cell Populations (2013)
  • 著者名/発表者名: Koichi Fujimoto, Satoshi Sawai
  • 雑誌名: PLoS Comp. Biol. 巻: 9 (6) 号: 6 ページ: e1003110-e1003110
  • DOI: 10.1371/journal.pcbi.1003110
  • 査読あり
• [学会発表] Collective movement of ameboid cells driven by attachment-dependent ordering of directionality (2015)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Sawai
  • 学会等名: Focus Meeting of the Kyoto Winter School for Statistical Mechanics: From Non-equilibrium Fluctuations to Active Matter
  • 発表場所: 京都大学益川ホール(京都府京都市)
  • 年月日: 2015-02-16
  • 招待講演
• [学会発表] Integration of space and time information in long-range (2015)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Sawai
  • 学会等名: The 59th Annual Biophysical Society Meeting Symposium “Emergent Properties and Collective Behaviors of Complex Systems”
  • 発表場所: Baltimore Convention Center（米国Baltimore MD)
  • 年月日: 2015-02-08
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞運動にみる興奮性の時空間ダイナミクス (2014)
  • 著者名/発表者名: 澤井 哲
  • 学会等名: 国際高等研究所研究プロジェクト「分子基盤に基づく生体機能への揺らぎとダイナミックネットワークの解明」平成26年度第1回研究会
  • 発表場所: 国際高等研究所(京都府木津川市)
  • 年月日: 2014-12-14
  • 招待講演
• [学会発表] 整流作用と細胞集合の協同性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 澤井 哲
  • 学会等名: 第24回非線形反応と協同現象研究会
  • 発表場所: 東京電機大学東京千住キャンパス(東京都足立区)
  • 年月日: 2014-12-06
  • 招待講演
• [学会発表] Collective migration and rectified directional sensing (2014)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Sawai
  • 学会等名: Mechano-Biology Institute-Japan Joint Symposium on “Mechanobiology of Development and Multicellular Dynamics”
  • 発表場所: National Univ. of Singapore(シンガポール)
  • 年月日: 2014-12-04
  • 招待講演
• [学会発表] Integration of temporal and spatial information in eukaryotic gradient sensing (2014)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Sawai
  • 学会等名: 4th Symposium on Artificial Life and Biomimetic Functional Materials
  • 発表場所: 東京大学駒場キャンパス(東京都目黒区)
  • 年月日: 2014-11-28
  • 招待講演
• [学会発表] 階層をつなぐ細胞ダイナミクス (2014)
  • 著者名/発表者名: 澤井 哲
  • 学会等名: 第23回日本バイオイメージング学会学術集会 シンポジウム1「生命･イメージング･データベース」
  • 発表場所: 大阪大学銀杏会館（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2014-09-04
  • 招待講演
• [学会発表] 生物の非平衡構造と時空間ダイナミクス (2014)
  • 著者名/発表者名: 澤井 哲
  • 学会等名: 日本物理学会科学セミナー「非平衡の世界-凝縮系から地震、経済、生命まで」
  • 発表場所: 東京大学駒場キャンパス(東京都目黒区)
  • 年月日: 2014-08-07
  • 招待講演
• [学会発表] Cellular sensing of space and time (2014)
  • 著者名/発表者名: 澤井 哲
  • 学会等名: 京都大学 時空間情報イメージング拠点 平成26年度生命動態システム科学ジョイントコース「発生･細胞生物学･システム生物学コース」セミナー
  • 発表場所: 京都大学医学部記念講堂(京都府京都市)
  • 年月日: 2014-04-25
  • 招待講演
• [学会発表] Resolving the ‘chemotactic wave paradox’ (2013)
  • 著者名/発表者名: Akihiko Nakajima, Shuji Ishihara, Satoshi Sawai
  • 学会等名: 7th International Conference on Engineering Complexity
  • 発表場所: Hotel Hone Dune（ヴァーミュエンデ、ロストック、ドイツ）
  • 招待講演
• [学会発表] Resolving front and back of ‘chemotactic wave paradox’ (2013)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Sawai
  • 学会等名: International Symposium on Systems Biology of Cellular Signaling
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス（東京都文京区、日本）
• [学会発表] How cells get together with right tempo and orientation -an example from social amoeba (2013)
  • 著者名/発表者名: Akihiko Nakjiama and Satoshi Sawai
  • 学会等名: The 61st NIBB conference Cellular community in mammalian embryogenesis
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター（愛知県岡崎市、日本）
  • 招待講演
• [学会発表] 走化性の場とリズム (2013)
  • 著者名/発表者名: 澤井 哲
  • 学会等名: 時間生物学会サテライトシンポジウム 「生物リズム現象の数理フロンティア」
  • 発表場所: 近畿大学東大阪キャンパス（大阪府東大阪市、日本）
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞の運動性と走化性誘引場の自己組織化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 澤井 哲
  • 学会等名: 大阪大学蛋白質研究所セミナー「細胞が集団になって初めて発現する機能」
  • 発表場所: 大阪大学吹田キャンパス（大阪府吹田市、日本）
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞性粘菌の運動と細胞間シグナリングにおける自己組織化の役割 (2013)
  • 著者名/発表者名: 澤井 哲
  • 学会等名: 第36回分子生物学会年会ワークショップ「生命における自己組織化のメカニズム」
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市、日本）
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞機能と自己組織化現象 (2013)
  • 著者名/発表者名: 澤井 哲
  • 学会等名: 理研細胞システムコロキアム
  • 発表場所: 理化学研究所和光キャンパス（埼玉県和光市、日本）
  • 招待講演
• [学会発表] Roles of actin polymerization in the collective cAMP oscillations（ポスター発表） (2013)
  • 著者名/発表者名: 福神史仁、澤井 哲
  • 学会等名: 日本生物物理学会第51会年会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市、日本）
• [学会発表] 細胞集団の cAMP 応答におけるアクチン重合の役割（ポスター発表） (2013)
  • 著者名/発表者名: 福神史仁、澤井 哲
  • 学会等名: 定量生物学の会 第6回年会
  • 発表場所: 大阪大学吹田キャンパス(大阪府吹田市、日本）
• [学会発表] Directional sensing and rectified cell motion towards temporally changing gradient（ポスター発表） (2013)
  • 著者名/発表者名: Akihiko Nakajima, Shuji Ishihara, Daisuke Imoto, Satoshi Sawai
  • 学会等名: 日本生物物理学会第51回年会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市、日本）
• [図書] 「細胞レベルと集団レベルの振動性」生体の科学< 2014年10月号, 65巻5号 (2014)
  • 著者名/発表者名: 澤井 哲
  • 総ページ数: 2
  • 出版者: 医学書院
• [図書] 「動く細胞の定量的動態解析」バイオ画像解析手とり足とりガイド, 青木一洋, 小林徹也編, 2章-10章 (2014)
  • 著者名/発表者名: 澤井 哲, 福神史仁, 井元大輔, 中島昭彦
  • 総ページ数: 13
  • 出版者: 羊土社
• [図書] 実験医学Vol 31(8) 「興奮系の自己組織化現象からみる細胞動態」 (2013)
  • 著者名/発表者名: 澤井 哲, 石原 秀至, 中島 昭彦.
  • 出版者: 羊土社
• [図書] Engineering of Chemical Complexity (A. Mikhailov ed.), Collective decision-making and oscillatory behaviors in cell populations. (2013)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto, K., Sawai, S.
  • 出版者: World Scientific
• [備考] U-Tokyo Research 「細胞の「整流作用」? 粘菌が波を使って集まれる仕組み」
  • URL: http://www.u-tokyo.ac.jp/ja/utokyo-research/research-news/rectifying-property-dictates-aggregating-response-in-cellular-slime-mold/