研究課題
基盤研究(S)
細胞がゆらぎの中で安定して応答する仕組みを解明することは、細胞内情報処理研究における重要な課題となっている。本研究では、化学刺激の受容から細胞運動の制御にいたる走化性情報伝達過程を細胞内1分子計測法により解析し、熱ゆらぎの影響を受けながらはたらく情報伝達分子の特性を明らかにするとともに、確率的情報処理の理論モデルを構築した。(1)技術開発:細胞内1分子イメージング解析法の開発本技術開発により、細胞応答に必要なリガンド結合数の定量化に成功した。数十から数百分子程度の少数分子の入力で応答が起こることが分かった。シグナル分子数の直接計測という手法は、閾値決定法として全く新しい実験技術を提供しており、世界に先駆けた成果といえる。(2)実験研究:走化性情報伝達ネットワークの細胞内1分子イメージング解析走化性情報伝達系を構成する受容体、G蛋白質、PI3K、PTEN、PHドメイン含有蛋白質等の1分子解析に成功し、確率的特性(リガンド解離速度、細胞膜滞在時間、拡散係数など)を決定した。受容体が受け取ったノイジーな入力シグナルは、G蛋白質において時間平均化によりノイズが低減され、PTEN-PI3K経路が自発的に形成する確率的コンパスに方向性を与え、これにより細胞の自発運動がバイアスされると考えられる。『ノイズ処理』の仕組みとして(a)時間積算によるノイズ低減、(b)自己組織化によるノイズロバストなシステム構築が示唆された。(3)理論研究:確率的情報処理の理論モデル構築走化性受容体のシグナル伝達に伴うノイズの生成・伝搬を理論的に整理した。生理学実験との比較により、走化性効率は受容体レベルでの信号のSN比によって決まることが分かった。ここで得られた結果は、他の多くの細胞内情報処理システムで成り立つと考えられる。
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