次世代多階層生体機能シミュレーション基盤構築と実証研究

2010 年度 実績報告書

• 研究領域: 統合的多階層生体機能学領域の確立とその応用
• 研究課題/領域番号: 22136002
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 倉智 嘉久 大阪大学, 医学系研究科, 教授 (30142011)
• 研究分担者: 野村 泰伸 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (50283734) ; 稲野辺 厚 大阪大学, 医学系研究科, 准教授 (00270851) ; 古谷 和春 大阪大学, 医学系研究科, 助教 (40452437) ; 淺井 義之 沖縄科学技術研究基盤整備機構, オープンバイオロジーユニット, グループリーダー (00415639) ; 佐々木 博之 東京慈恵会医科大学, 医学部, 准教授 (60170693)
• キーワード: 生体機能シミュレーション / 数理生物学 / 電気生理学 / 心臓 / 細胞微細構造 / プラットフォーム / フィジオーム

研究概要

本研究の目的は、新しい次世代のフィジオーム・システムバイオロジーシミュレーション基盤を開発することにある、これまでに開発を進めてきたシミュレーション基盤ソフトウェア(insilicoIDE)の更なる洗練化・機能の充実を計ることで、より新しいオーブンな基盤ソフトウェア(PhysioDesigner)のプロトタイプ開発を行った。本基盤ソフトウェアを広く公開し、多くのユーザーに使用してもらうための普及活動も並行して実施した。
一方、心組織構造と機能連関の実証研究の一環として、(1)心筋細胞の微細構造に基づくCa^<2+>動態、(2)心組織モデル上での興奮伝播シミュレーションを実施した。自律神経作用下においてCa^<2+>動態は極めて重要であるが、Ca^<2+>の時空間的動態計測が困難であることもあり、現在のところCa^<2+>動態を正確に再現できる心筋細胞モデルは存在しない。先行研究により、Ca^<2+>イオンの細胞内拡散は、純水中の拡散に比べ、拡散速度が低下することが予想されていた。本研究により、カルモジュリン分子の様なCa^<2+>バッファとCa^<2+>イオンとの相互作用が、Ca^<2+>拡散速度の低下に寄与することを解析的に示した。
また心組織モデルの興奮伝播シミュレーションから以下が明らかとなった:1)心内膜-心外膜間では、興奮の終了(再分極)時間に時間的な差が存在する。心室壁におけるこの再分極時間のばらつきは、心室、頻拍の維持に車要な役割を担っている可能性を提案した。2)心筋細胞の接含部に面した細胞膜にはNa^+チャネル(NaCh)が高密度に発現することが知られている。このNaChはgap-junctionによる電気的伝導度が低下した場合の興奮伝導速度の維持に寄与し、一方、.細胞側面膜に発現するNaChは、興奮伝導速度、および興奮伝導のロバスト性の増加に大きな寄与をなす可能性が示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] LSR defines cell corners for tricellular tight junction formation in epithelial cells. (2011)
  • 著者名/発表者名: S Masuda, Y Oda, H Sasaki, J Ikenouchi, T Higashi, M Akashi, E Nishi, M Furuse.
  • 雑誌名: Journal of Cell Science 巻: 124(Pt 4) ページ: 548-555
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tight junction regulates epidermal calcium ion gradient and differentiation. (2011)
  • 著者名/発表者名: M Kurasawa, T Maeda, A Oba, T Yamamoto, H Sasaki
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transmural dispersion of repolarization determines scroll wave behavior during ventricular tachyarrhythmias : A simulation study. (2011)
  • 著者名/発表者名: R Haraguchi, T Ashihara, T Namba, K Tsumoto, S Murakami, Y Kurachi, T Ikeda, K Nakazawa.
  • 雑誌名: Circulation Journal 巻: 75 ページ: 80-88
  • 査読あり
• [雑誌論文] Roles of subcellular Na^+ channel distributions in the mechanism of cardiac conduction. (2011)
  • 著者名/発表者名: K Tsumoto, T Ashihara, R Haraguchi, K Nakazawa, Y Kurachi.
  • 雑誌名: Biophysical Journal 巻: 100 ページ: 554-563
  • 査読あり
• [雑誌論文] On calucium-buffer dynamics within the excess buffer regime. (2010)
  • 著者名/発表者名: R Ait-Haddou
  • 雑誌名: Journal of Theoretical Biology 巻: 264 ページ: 55-65
  • 査読あり
• [雑誌論文] Physiome.jpにおける統合生命化学推進のためのプラットフォーム開発 (2010)
  • 著者名/発表者名: 浅井義之, 野村泰伸
  • 雑誌名: 計測と制御 巻: 49 ページ: 525-529
  • 査読あり
• [雑誌論文] フィジオーム・システムバイオロジーのためのオープンプラットフォームinsilicoML & insilicoIDE (2010)
  • 著者名/発表者名: 浅井義之
  • 雑誌名: 生産と技術 巻: 62 ページ: 92-94
• [雑誌論文] Transdermal delivery of a readthrough-inducing drug : a new approach of gentamicin administration for the treatment of nonsense mutation-me diated disorders. (2010)
  • 著者名/発表者名: M Shiozuka, A Wagatsuma, T Kawamoto, H Sasaki, K Shimada, Y Takahashi, Y Nonomura, R Matsuda
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: 147(4) ページ: 463-470
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tight junction-associated MARVEL proteins marvelD3, tricellulin, and occludin have Ddistinct but overlapping functions. (2010)
  • 著者名/発表者名: D.R Raleigh, A.M Marchiando, Y Zhang, L Shen, H Sasaki, Y Wang, M.Long, J.R.Turner
  • 雑誌名: Molecular Biology of the Cell 巻: 21(7) ページ: 1200-1213
  • 査読あり
• [雑誌論文] Claudin-2-deficient mice are defective in the leaky and cation-selective paracellular permeability properties of renal proximal tubules. (2010)
  • 著者名/発表者名: S Muto, M Hata, J Taniguchi, S Tsuruoka, K Moriwaki, M Saitou, K Furuse, H Sasaki, A Fujimura, M Imai, E Kusano, S Tsukita, M Furuse.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 107(17) ページ: 8011-8016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron tomography of cryofixed, isometrically contracting insect flight muscle reveals novel actin-myosin interactions. (2010)
  • 著者名/発表者名: S Wu, J Liu, M.C Reedy, R.T Tregear, H Winkler, C Franzini-Armstrong, H Sasaki, C Lucaveche, Y.E.Goldman, M.K Reedy, K.A Taylor
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 5(9) ページ: e12643
  • 査読あり
• [雑誌論文] A structural determinant for the control of PIP2 sensitivity in G protein-gated inward rectifier K+ channels. (2010)
  • 著者名/発表者名: A Inanobe, A Nakagawa, T.Matsuura, Y Kurachi
  • 雑誌名: The Journal of Biological Chemistry 巻: 285(49) ページ: 38517-38523
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cellular modelling : experiments and simulation to develop a physiological model of G-protein control of muscarinic K+ channels in mammalian atrial cells. (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Murakami, S Suzuki, M Ishii, A Inanobe, Y Kurachi.
  • 雑誌名: Philosophical Transactions of the Royal Society A : Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 巻: 368 ページ: 2983-3000
  • 査読あり
• [学会発表] Structural and functional analysis for the interaction between inward rectifier K^+ channels and cation. (2011)
  • 著者名/発表者名: A Inanobe, A Nakagawa, Y Kurachi
  • 学会等名: Biophysical Society 55th Annual Meeting
  • 発表場所: Baltimore convention center, (USA)
  • 年月日: 2011-03-08
• [学会発表] フィジオームを指向した階層的モデリングならびにシミュレーション基盤 (2011)
  • 著者名/発表者名: 浅井義之
  • 学会等名: Brain-ISワークショップ『脳科学と工学の接近(2)』
  • 発表場所: 九州工業大学,北九州(招待講演)
  • 年月日: 2011-02-10
• [学会発表] Physiomeを用いたプログラミングの方法と利用の実際 (2010)
  • 著者名/発表者名: 浅井義之
  • 学会等名: 第5回理化学研究所ダイナミックブレインプラットフォーム委員会
  • 発表場所: ガトーキングダムサッポロ,札幌(招待講演)
  • 年月日: 2010-12-17
• [学会発表] Tight junction maintains calcium distribution which leads to the cellular differentiation in epidermis. (2010)
  • 著者名/発表者名: K Seki, M Murata, H Sasaki
  • 学会等名: The 50th American Sciety for Cell Biology Annual Meeting.
  • 発表場所: Philadelphia Convention Center, (USA)
  • 年月日: 2010-12-14
• [学会発表] Structural Analysis for the Interaction of Cations with the Inward Rectifier K^+Channels (2010)
  • 著者名/発表者名: 稲野辺厚, 中川敦史, 倉智嘉久
  • 学会等名: 第33回日本分子生物学会年会、第83回日本生化学会大会 合同大会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド,神戸
  • 年月日: 2010-12-08
• [学会発表] 薬物のhERGチャネル機能制御 (2010)
  • 著者名/発表者名: 古谷和春、山川祐子、稲野辺厚、岩田美紀、倉智嘉久
  • 学会等名: 平成22年度筋生理の集い
  • 発表場所: 東京慈恵会医科大学,港区(招待講演)
  • 年月日: 2010-12-04
• [学会発表] 内向き整流性カリウムチャネルに対するカドミウムの逆アゴニスト様作用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 稲野辺厚、中川敦史、倉智嘉久
  • 学会等名: 第118回日本薬理学会近畿部会
  • 発表場所: 大阪大学,豊中
  • 年月日: 2010-11-19
• [学会発表] 薬物のhERGチャネルファシリテーション作用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 古谷和春、山川祐子、稲野辺厚、岩田美紀、倉智嘉久
  • 学会等名: 生理研研究会「イオンチャネル・トランスポーターと心血管機能:細胞機能の分子機序とその統合的理解」
  • 発表場所: 生理学研究所,岡崎(招待講演)
  • 年月日: 2010-11-04
• [学会発表] 心筋ナトリウムチャネルの細胞内局在の興奮伝導への影響 (2010)
  • 著者名/発表者名: 津元国親, 芦原貴司, 原口亮, 中沢一雄, 倉智嘉久
  • 学会等名: 第27回日本心電学会学術集会
  • 発表場所: iichiko総合文化センター,大分
  • 年月日: 2010-10-09
• [学会発表] G蛋白質制御内向き整流性カリウムチャネルは脱抑制によって活性化する (2010)
  • 著者名/発表者名: 稲野辺厚、中川敦史、倉智嘉久
  • 学会等名: 第103回近畿生理学談話会
  • 発表場所: 大阪大学,吹田
  • 年月日: 2010-10-02
• [学会発表] 内向き整流性カリウムチャネルの構造機能相関の解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 稲野辺厚
  • 学会等名: 生理学研究所研究会「作動中の膜機能分子の姿を捉える-静止画から動画へ-」
  • 発表場所: 生理学研究所,岡崎(招待講演)
  • 年月日: 2010-09-16
• [学会発表] Epidermal tight junction maintains calcium distribution in human recorfstructed epidermis and regulates the epidermal differentiation. (2010)
  • 著者名/発表者名: H Sasaki, T Maeda, S Kuroda, M Kurasawa, A Oba, T Yamamoto
  • 学会等名: The 40th Annual European Society for Dermatological Research meeting
  • 発表場所: Helsinki Marina Congress Center, (Finland)
  • 年月日: 2010-09-10
• [学会発表] Physiological simulations using BioModels repository. (2010)
  • 著者名/発表者名: Y Asai
  • 学会等名: Garuda Two Workshop
  • 発表場所: Manchester Interdisciplinary Biocentre, (UK)(招待講演)
  • 年月日: 2010-07-08
• [学会発表] Electric Field機構を介した心臓興奮伝播における細胞内ナトリウムチャネル局在による伝播速度および安全率の増大 (2010)
  • 著者名/発表者名: 津元国親, 芦原貴司, 原口亮, 中沢一雄, 倉智嘉久
  • 学会等名: 第87回日本生理学会大会
  • 発表場所: 盛岡市民文化ホール,盛岡
  • 年月日: 2010-05-21
• [学会発表] 抗うつ薬はATP感受性カリウムチャネルを阻害する (2010)
  • 著者名/発表者名: 古谷和春、稲野辺厚、日比野浩、倉智嘉久
  • 学会等名: 第87回日本生理学会大会
  • 発表場所: マリオス盛岡地域交流センター,盛岡
  • 年月日: 2010-05-20
• [学会発表] Molecular determinants of drug-Kir channel interactions (2010)
  • 著者名/発表者名: K Furutani, A Inanobe, H Hiroshi, Y Kurachi
  • 学会等名: XXth World Congress of the International Society for Heart Research
  • 発表場所: Kyoto International Conference Center, (Japan)
  • 年月日: 2010-05-14
• [学会発表] The contribution of sodium channel distributions in the presence of the electric field mechanism to cardiac conduction. (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Tsumoto, T.Ashihara, Y.Kurachi
  • 学会等名: XXth World Congress of the International Society for Heart Research
  • 発表場所: Kyoto International Conference Center, (Japan)
  • 年月日: 2010-05-14
• [図書] Harnessing Biological Complexity : An Introduction to Computational Physiology. (2010)
  • 著者名/発表者名: T Nomura, Y Asai(共著)
  • 総ページ数: 190
  • 出版者: Springer-Verlag
• [備考]
  • URL: http://hd-physiology.jp/