| 研究概要 |
細胞の挙動は、本質的に揺らいでいる。この原因の一つとして、細胞内に存在する各分子のコピー数が少ないために、化学反応の確率性が顕著になることが考えられている。一見、このような揺らぎは細胞機能に不利に働くように思うが、細胞はこの揺らぎを積極的に利用することで細胞機能を実現しているかもしれない。この問題に取り組むため、アメーバ状の走化性細胞の濃度勾配検知に注目した。走化性細胞は自発的かつ確率的な移動を示す。この自発的移動は、細胞内における分子シグナルの自発的な生成によると考えられている。実際、いくつかの免疫系細胞においては、自発的にphosphoinositol-3,4,5-triphosphateが一過的に上昇し(PIP3パルス)、細胞移動を制御している。
本研究では、「PIP3パルスの生成機構」および「自発的パルスによる濃度勾配検知機構」の解明を目指している。そのために、簡単なシグナル伝達の模型を構築した。理論的な解析により、この系が興奮系に成り得ること、および、化学反応の確率性により系が自発的に興奮しPIP3パルスを生成することを示した。また、細胞に濃度勾配が与えられると、興奮のためのポテンシャル壁を空間的に変化させ、PIP3パルスが高濃度側でより多く生成することで、濃度勾配が検知されることを示した。この仮説は確率的な系だからこそ成り立つ論理である。さらに、この仮説が有効であることをモンテカルロ計算機実験により確認した。
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