| 研究課題/領域番号 |
15K00394
|
|---|
| 研究機関 | 東北大学 |
|---|
研究代表者 |
中尾 光之 東北大学, 情報科学研究科, 教授 (20172265)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| キーワード | 嫌気性代謝 / 好気性代謝 / 乳酸呼吸 / 解糖系 / 確率オートマトン |
|---|
| 研究実績の概要 |
疫学的にも実験的にも生物時計機構が障害されるとガンの発生率や進行が有意に高まることが報告されている。これを担う分子的なメカニズムとして生物時計機構から細胞周期への作用が明らかにされつつあり、ガンの時間療法に一定の合理性を与えている。本研究では、周期外力による同期、DNA 損傷による修復や細胞死、チェックポイント・メカニズムなど、確率オートマトンにより細胞周期をモデル化した。概日リズムに依存したガン化やガン進行のメカニズムを明らかにし、それに基づいて時間治療の効果を評価する枠組みを提案することが本研究の目的である。平成28年度は、概日リズムの制御を受ける細胞周期確率オートマトンモデルに好気性、解糖系、乳酸呼吸代謝メカニズムを組込み、正常細胞、ガン細胞、ガン関連線維芽細胞(CAF)のそれぞれで環境要因に依存した代謝経路の選択確率が異なるようにした。これは、ガン細胞が酸素濃度によらず嫌気性代謝を選ぶ傾向が強いこと、一方でCAFが嫌気性代謝を選ぶ確率を高め、乳酸を産生する傾向が高まることを踏まえている。100×100の2次元グリッド上に初期値として正常細胞およびガン細胞それぞれ1000個ずつを配置し集団中で選択された代謝の分布および増殖ダイナミクスを調べた。その結果、(1)血管から近い位置の細胞は好気性の代謝を選択し、遠い位置の細胞は解糖系を選択していた。(2)代謝経路選択に概日リズムが現れた。解糖系は日中に増大した。(3)好気条件下では正常細胞は酸化リン酸化を選択し、ガン細胞は乳酸呼吸を選択した。(4)ガン細胞の細胞周期が短縮／伸長した場合は増殖率が上昇し、短縮した場合は乳酸呼吸をする細胞が多くなることが分かった。(3)CAFへの変異率を変えるとガン細胞の増殖率が低下する条件が存在した。以上の結果は代謝系の修飾を通してガン増殖を抑制できる可能性を示唆するものである。
|
| 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
本研究で行っているシミュレーションはグルコースや酸素の拡散を記述する連続的な過程とオートマトンのような離散的な過程が並行して進むハイブリッドである。この場合、連続過程の計算が律速となる。それが計算時間を要するため今年度のシミュレーションは２Dで実施しているが、データのメモリ配置を工夫することにより、より高速なシミュレーションが行えることを確認している。今後は３Dでシミュレーションを実施する。
|
| 今後の研究の推進方策 |
シミュレーションを３Dで実施し、今年度の結果を確かめるとともに、抗がん剤の投与のシミュレーションを行い、その投与タイミングがガン細胞の増殖率にどのような影響を与えるかを明らかにし、ガンの時間治療の戦略を与える。また、抗がん剤として細胞周期特異的なもの以外に代謝系を修飾する薬剤の効果についてもシミュレーションする。
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
（１）成果発表を行う予定であった主要学会での発表を行わなかった。
（２）支援者を頼んで定型の３Dシミュレーションを頻回に行う地点までは至らなかった。
|
| 次年度使用額の使用計画 |
（１）研究成果を主要学会で発表する。
（２）３D大規模シミュレーションを行ってガン細胞増殖と代謝選択の相互関係を明らかにするとともに、投薬の時間効果を明らかにする。
|
