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2016 年度 実績報告書

生物の3D形態を構築するロジック

総括班

研究領域生物の3D形態を構築するロジック
研究課題/領域番号 15H05856
研究機関大阪大学

研究代表者

近藤 滋  大阪大学, 生命機能研究科, 教授 (10252503)

研究分担者 芳賀 永  北海道大学, 先端生命科学研究院, 教授 (00292045)
秋山 正和  北海道大学, 電子科学研究所, その他 (10583908)
松本 健郎  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (30209639)
上野 直人  基礎生物学研究所, 形態形成研究部門, 教授 (40221105)
松野 健治  大阪大学, 理学研究科, 教授 (60318227)
武田 洋幸  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (80179647)
井上 康博  京都大学, ウイルス・再生医科学研究所, 准教授 (80442929)
大澤 志津江  京都大学, 生命科学研究科, 准教授 (80515065)
研究期間 (年度) 2015-06-29 – 2020-03-31
キーワード形態形成 / 数理モデル / 三次元
研究実績の概要

28年度の総括班では、既に、班としてのシステムの構築がほぼ終わっているために、既存の共有装置の維持管理が主なものになる。2機の3Dプリンターは、全班員の研究に有効に使用されている。28年度に、総括班費で購入した機器は、顕微鏡用の共焦点レーザーユニット(北海道大学:999万円)と、ズーム顕微鏡(基礎生物学研究所:299万円、原子間力顕微鏡の一部として購入)である。いずれも、他の資金で購入したパーツと組み合わせることで、購入金額の節約をしている。両装置とも、3D形態の計測に必須であり、共同利用が進んでいる。
班会議は北大で、5月23,24日に行った。理論系と実験系の交流を目的とする夏、冬の合宿は、9月4,5,6日と、3月28、29日に、淡路島、琵琶湖で行った。いずれも、学生の旅費の補助を総括班費から支出している。これまで、合宿は主に比較的少人数で行ってきたが、2016年度は、公募班員からの希望が多かったために、冬の合宿では会場を変えた。非常に活発な議論が行われたが、参加者が多くなりすぎたため、プロジェクトごとの議論の時間が逆に短くなり、やや、食いたりない面もあった。この点の解消が、今後の課題として残された。
北海道大学の秋山は、定期的に、数学と3Dソフトの講習会を行っており、そのための実費(交通費、宿泊費)の支援を行った。
その他、HPの更新に約30万円を支出している。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

共同研究が非常に密に、しかも、多彩な組み合わせで行われており、総括班の目的は、順調に達成されていると考えている。
実験チームと物理・理論チームの組み合わせは、丹羽(実験)-秋山(理論)、武田(実験)-秋山(理論)、松野(実験)-秋山・松本(理論)、近藤(実験)-秋山・井上・松本(理論)、上野(実験)-井上・松本(理論)となっている。いずれの場合も、表面的な協力ではなく、理論系によるシミュレーションの予測が、実験のデザイン上、必要不可欠なものになっている、これからも、この関係が継続することが予測される。特に、近藤チームの、昆虫原基の折り畳みの展開の研究は、その傾向が強い。複雑な折り畳みが展開したときに作る形態は、3次元ソフトを自作する以外にない。近藤研においては、実験とソフト開発の両方を行っているが、当然、専門家の指導が必要である。井上、秋山は、その技術の専門家としての能力以外にも、実験系との共同作業により、指導の技術も身に着けている。武田研、松野研でも、実験研究者の中に、理論系の考え方を理解し、さらには自作で解析ソフトを作る人材も現れている。このこと自体が、本研究班の目的の一つであり、今後も推進していきたい。

今後の研究の推進方策

本研究班は、3Dに特化した形態形成という、非常にとがった研究対象を持ち、研究開始時には、ほとんどのグループが新しい実験テーマに取り組んだため、予想通り、最初の2年間の発表論文数は多くない。しかし、データは着実に蓄積しており、論文業績は今後、遅延なく積み重ねていけると考えている。(例えば、最も新奇な内容であったカブトムシ角の研究も2017年に論文化。続報も登校中である。2018年4月現在)
今後は、それをさらに促進するために、我々のグループが、発生学の分野でより一層の存在感を得るための努力が必要であると考えている。
方策は、(1)外部との共同研究の促進、(2)HPの充実、と考えている。
(1):これまでの研究の結果、いくつかのグループは、3D形態の測定等に必須な新しい実験技術を開発している。例えば、近藤グループの折り畳み計算ソフト、松野・松本グループの、臓器の回転力の計算装置、丹羽グループの任意の硬度の培地における細胞培養、など。これらの技術を国内外の一般研究者に開放することで、共同研究の促進を図り、研究班の目指す3D形態研究の流れを外部にも広げたい。
(2):そのためには、技術を具体的に解説する媒体を持つ必要があり、現在運用しているHPにその機能を加えることを計画している。2018年度の夏までに、個々の研究の進行状況、技術の解説をわかりやすく伝えるサイトをアップすることを計画している。

  • 研究成果

    (29件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (13件) (うち査読あり 12件、 オープンアクセス 12件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 3件、 招待講演 8件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Theta-alpha EEG phase distributions in the frontal area for dissociation of visual and auditory working memory2017

    • 著者名/発表者名
      M.Akiyama, A.Tero, M. Kawasaki, Y.Nishiura, Y.Yamaguchi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7:42776 ページ: -

    • DOI

      10.1038/srep42776

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] SHISA6 confers resistance to differentiation-promoting Wnt/β-catenin signaling in mouse spermatogenic stem cells.2017

    • 著者名/発表者名
      Tokue, M., Ikami, K., Mizuno, S., Takagi, C., Miyagi, A., Takada, R., Noda, C., Kitadate, Y., Hara, K., Mizuguchi, H., Sato, T., Taketo, M.M., Sugiyama, F., Ogawa, T., Kobayashi, S., Ueno, N., Takahashi, S., Takeda, S., and Yoshida, S
    • 雑誌名

      Stem Cell Reports

      巻: 14 ページ: 561-575

    • DOI

      10.1016/j.stemcr.2017.01.006

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Distinct intracellular Ca2+ dynamics regulate apical constriction and differentially contribute to neural tube closure.2017

    • 著者名/発表者名
      Suzuki, M., Sato, M., Koyama, H., Hara, Y., Hayashi, K., Yasue, N., Imamura, H., Fujimori, T., Nagai, T., Cambell, R.E., and Ueno, N.
    • 雑誌名

      Development

      巻: 1 ページ: 1307-1316

    • DOI

      10.1242/dev.141952

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] An updated kernel-based Turing model for studying the mechanisms of biological pattern formation2016

    • 著者名/発表者名
      Shigeru Kondo
    • 雑誌名

      Journal of Theoretical Biology

      巻: 10;414 ページ: 120-127

    • DOI

      10.1016/j.jtbi.2016.11.003.

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Data Set for Comparison of Cellular Dynamics between Human AAVS1 Locus-modified and Wild-type Cells2016

    • 著者名/発表者名
      Mizutani, T., Haga, H., and Kawabata, K.
    • 雑誌名

      Data in Brief

      巻: 6 ページ: 793-798

    • DOI

      10.1016/j.dib.2015.12.053

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Conformational plasticity of JRAB/MICAL-L2 provides ‘Law and Order’ in collective cell migration2016

    • 著者名/発表者名
      Sakane, A., Yoshizawa, S., Nishimura, M., Tsuchiya, N., Matsushita, N., Miyake, K., Horikawa,K., Imoto, I., Mizuguchi, C., Saito, H., Ueno, T., Matsushita, S., Haga, H.,Deguchi, S., Mizuguchi, K., Yokota, H., *Sasaki, T.,
    • 雑誌名

      Molecular Biology of the Cell

      巻: 27 ページ: 3095-3108

    • DOI

      10.1091/mbc.E16-05-0332

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A ciliate memorizes the geometry of a swimming arena2016

    • 著者名/発表者名
      I. Kunita, T.Yamaguchi, A.Tero, M.Akiyama, S.Kuroda, T.Nakagaki
    • 雑誌名

      Journal of The Royal Society Interface

      巻: 13(118) ページ: -

    • DOI

      10.1098/rsif.2016.0155

  • [雑誌論文] Dynamics of actin filaments of MC3T3-E1 cells during adhesion process to substrate2016

    • 著者名/発表者名
      Wang JF, Sugita S, Nagayama K, Matsumoto T
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanical Science and Engineering

      巻: 11 ページ: 15-00637

    • DOI

      10.1299/jbse.15-00637

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Observations of intracellular tension dynamics of MC3T3-E1 cells during substrate adhesion using a FRET-based actinin tension sensor2016

    • 著者名/発表者名
      Wang J, Ito M, Zhong W, Sugita S, Michiue T, Tsuboi T, Kitaguchi T, Matsumoto T
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanical Science and Engineering

      巻: 11 ページ: 16-00504

    • DOI

      10.1299/jbse.16-00504

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] In vivo tracking of histone H3 lysine 9 acetylation in Xenopus laevis during tail regeneration.2016

    • 著者名/発表者名
      Suzuki, M., Takagi, C., Miura, S., Sakane, Y., Suzuki, M., Sakuma, T., Sakamoto, N., Endo, T., Kamei, Y., Sato, Y., Kimura, H., Yamamoto, T., Ueno, N. and Suzuki, K.T.
    • 雑誌名

      Genes Cells

      巻: 21 ページ: 358-369

    • DOI

      10.1111/gtc.12349

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mechanical roles of apical constriction, cell elongation, and cell migration during neural tube formation in Xenopus.2016

    • 著者名/発表者名
      Inoue, Y., Suzuki, M., Watanabe, T., Yasue, N., Takeo, I., Adachi, T. and Ueno, N.
    • 雑誌名

      Biomech. Model Mechanobiol.

      巻: 15 ページ: 1733-1746

    • DOI

      10.1007/s10237-016-0794-1

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Physical association between a novel plasma-membrane structure and centrosome orients cell division.2016

    • 著者名/発表者名
      Negishi, T., Miyazaki, N., Murata, K., Yasuo, H. and Ueno, N.
    • 雑誌名

      eLife

      巻: e16550 ページ: -

    • DOI

      10.7554/eLife.16550

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Differences in the Mechanical Properties of the Developing Cerebral Cortical Proliferative Zone between Mice and Ferrets at both the Tissue and Single-Cell Levels.2016

    • 著者名/発表者名
      Nagasaka, A., Shinoda, T., Kawaue, T., Suzuki, M., Nagayama, K., Matsumoto, T., Ueno, N., Kawaguchi, A. and Miyata, T.
    • 雑誌名

      Front Cell Dev. Biol.

      巻: 25 ページ: 139

    • DOI

      10.3389/fcell.2016.00139

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] シマウマの模様をヒョウ柄に変える方法2017

    • 著者名/発表者名
      近藤 滋
    • 学会等名
      第29回バイオエンジニアリング講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] アフリカツメガエル胚内部の3次元応力分布の推定2017

    • 著者名/発表者名
      松本 健郎
    • 学会等名
      日本機械学会第29回バイオエンジニアリング講演会
  • [学会発表] 動物発生のバイオメカニクス2017

    • 著者名/発表者名
      上野直人, 鈴木誠, 根岸剛文
    • 学会等名
      日本機械学会 第29回バイオエンジニアリング講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] The detailed mechanism of Turing pattern formation in the skin of zebrafish2016

    • 著者名/発表者名
      Shigeru Kondo
    • 学会等名
      Combined ASBMB, ASPS and ANZSCDB Annual Meetings
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] モデルなしのモデリング2016

    • 著者名/発表者名
      近藤 滋
    • 学会等名
      第26回非線形反応と共同現象研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Simpler modelling of the biological pattern formation2016

    • 著者名/発表者名
      近藤 滋
    • 学会等名
      2016年日本数理生物学会年会
    • 招待講演
  • [学会発表] 「シマウマは、縞模様を得たウマ、ではなく、均一中間色を失ったウマ、である」というお話し。2016

    • 著者名/発表者名
      近藤 滋
    • 学会等名
      日本進化学会第18回大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 細胞外基質の粘弾性に応答する上皮細胞の集団運動と3次元形態形成2016

    • 著者名/発表者名
      芳賀 永
    • 学会等名
      第54回日本生物物理学会
    • 招待講演
  • [学会発表] 細胞極性と細胞移動の数理モデル2016

    • 著者名/発表者名
      秋山正和、 須志田隆道
    • 学会等名
      RIMS研究集会 第13回「生物数学の理論とその応用」-連続および離散モデルのモデリングと解析-」
  • [学会発表] 細胞極性と細胞移動の数理モデル2016

    • 著者名/発表者名
      秋山正和、 須志田隆道
    • 学会等名
      2016年度応用数学合同研究集会
  • [学会発表] マランゴニ流の影響を含む、円環水路における樟脳円盤の自律運動の数理モデル2016

    • 著者名/発表者名
      岡本守、秋山正和、長山雅晴
    • 学会等名
      2016年度応用数学合同研究集会
  • [学会発表] Estimation of endothelial glycocalyx layer deformation in response to fluid shear stress2016

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto T, Takahashi Y, Owaki Y, Nagayama K
    • 学会等名
      The 16th International Conference on Biomedical Engineering
    • 国際学会
  • [学会発表] 胸大動脈の背腹差について:マルチスケール力学解析とマイクロアレイ解析による検討2016

    • 著者名/発表者名
      松本健郎,杉田修啓,城野貴洋,飯島慎太郎,長山和亮,松本明郎
    • 学会等名
      第55回日本生体医工学会大会
  • [学会発表] Measurement of force field during the collective cell migration of Xenopus embryonic cells2016

    • 著者名/発表者名
      上野直人
    • 学会等名
      16th International Xenopus Conference
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 生物の3D形態を構築するロジック

    • URL

      http://www.3d-logic.jp/index.html

  • [備考] 3D MORPHOLOGIC

    • URL

      http://www.3d-logic.jp/en/index.html

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公開日: 2018-12-17  

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