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細胞形態形成のための多元的情報伝達の統合技術開発

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 25127713
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
研究機関愛知県立大学

研究代表者

作村 諭一  愛知県立大学, 情報科学部, 准教授 (50324968)

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 *注記
7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
2014年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2013年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
キーワード細胞形態形成 / 数理モデル / 神経発達
研究実績の概要

多細胞による器官形成では、細胞は周囲の情報を感知しつつ所定の場所に移動する。または、神経細胞のように周囲の情報に基づきながら突起を適切な方向に伸ばすことで脳という器官が形成される。このような細胞による「周囲の情報に基づく方向決定と実際の細胞運動」はマクロな器官形成のための素過程として重要であるが、未解明な点が多い。これまで細胞移動・運動の意思決定問題について多くの研究がなされているが、ほとんどが生化学的な局所活性と広域抑制に基づくものである。本研究課題では、生化学以外の物理量である膜電位と力も生物学的シグナルと捉え、細胞移動・運動をこれら多元的変数からなる定量数理モデルで説明することを目的とする。

モデル化する対象は神経成長円錐の運動であり、軸索の伸長方向が膜電位によって決まる現象を多元的要素(膜電位、力、形、分子)のシステムとして説明する。前年度では、膜電位の伝搬が分子拡散に比べて圧倒的に高速であることを利用し、膜電位による広域情報伝達のモデルを定式化した。膜電位と力に関する物理量を統合した形態形成の基本モデルをバネ・ダンパからなる多角形で構築した。26年度では、(1)細胞変形による力場モデルの再考、(2)基質との接着モデルの改善、(3)動的モデルへの発展、を中心に行った。(3)の動的モデルとは、動く細胞に一般的に見られるランダムな変形に基づく探索運動を意味し、前年度のモデルが静的な条件では盛り込まれていなかった。上記改善項目を終え、成長円錐がランダムに変形しながら伸長方向を決める様子、およびその方向が膜電位によって変化する現象を再現することができた。モデルとしては非常にシンプルであり、その原理も方向決定が分子ではなく機械的力によって決まることが示された。

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。

報告書

(2件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Conversion of a Signal into Forces for Axon Outgrowth through Pak1-mediated Shootin1 Phosphorylation2013

    • 著者名/発表者名
      Michinori Toriyama
    • 雑誌名

      Current Biology

      巻: 23 号: 6 ページ: 529-534

    • DOI

      10.1016/j.cub.2013.02.017

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Mechanobiology for membrane potential-dependent neuronal axon guidance2014

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Sakumura
    • 学会等名
      MBI-Japan Joint Symposium, Mechanobiology of Development and Multicellular Dynamics
    • 発表場所
      National University of Singapore, Singapore
    • 年月日
      2014-12-02 – 2014-12-04
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Spontaneous Symmetry Breaking in Neural Morphology2014

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Sakumura
    • 学会等名
      Society for Industrial and Applied Mathematics annual meeting 2014
    • 発表場所
      The Palmer House, Chicago, USA
    • 年月日
      2014-07-07 – 2014-07-11
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 神経細胞の形態形成モデル2014

    • 著者名/発表者名
      作村諭一
    • 学会等名
      立命館大学視覚科学統合研究センターシンポジウム
    • 発表場所
      立命館大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Irregularity in molecular transport polarizes neuronal morphology2013

    • 著者名/発表者名
      Sakumura Y, Maeno T, Inagaki N
    • 学会等名
      第65回日本細胞生物学会
    • 発表場所
      ウインクあいち
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantitative modeling of cell morphogenesis by Rho family small GTPases2013

    • 著者名/発表者名
      Sakumura Y
    • 学会等名
      第36回日本神経科学大会
    • 発表場所
      京都国際会館
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 機械学習を用いた細胞内の分子システム同定2013

    • 著者名/発表者名
      作村諭一、山田達也
    • 学会等名
      平成25年 電気学会 電子・情報・システム部門大会
    • 発表場所
      北見工業大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] 神経細胞の軸索を正しい場所へ伸ばすナビゲーションの仕組みを発見

    • URL

      http://www.naist.jp/pressrelease/detail_j/topics/1473/

    • 関連する報告書
      2013 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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