細胞分裂を再現する力学モデルの構築と検証

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15KT0083
• 研究機関: 国立遺伝学研究所
• 研究代表者: 木村 暁 国立遺伝学研究所, 構造遺伝学研究センター, 教授 (10365447)
• 研究分担者: 舟橋 啓 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (70324548)
• 研究期間 (年度): 2015-07-10 – 2018-03-31
• キーワード: 細胞分裂 / 細胞骨格 / 線虫 / 胚発生

研究実績の概要

本研究では、「細胞分裂」を研究対象とするシステムにおき、その要素プロセスである「核の中央化」「染色体分配（紡錘体伸長）」「細胞質分裂」についてこれまで報告者らが構築してきた数理モデルを統合し、細胞分裂システム全体を対象とする数理モデルを構築することを目的とする。これまでに「核の中央化」と「紡錘体伸長」を統合するモデルの構築を試みた。両プロセスにおいて、原動力を提供する微小管細胞骨格と細胞表層との相互作用の様式が違うことが、それぞれのプロセスを説明するのに必要であることを明らかにした。さらに、紡錘体の伸長において、複数のモデルの比較を行い、細胞の変形を行った際に、それぞれのモデルから予想される挙動が異なることを明らかにした。この予想に基づいて実験を行い、実験と理論の組み合わせによるモデルの峻別を現在進めている。また、「紡錘体伸長」に伴い細胞が伸長し「細胞質分裂」に至る過程についてのモデルの構築も行った。細胞分裂に伴う力の発生と分裂後の細胞配置を関連付けるモデルの構築にも成功した（論文投稿中）。

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

従来の「核の中央化」と「紡錘体伸長」のモデルでは、力発生の様式が異なる必要があることを明らかにした。さらに、紡錘体伸長のモデルを検証する実験を行った。「紡錘体伸長」と「細胞質分裂」における細胞配置の関係についても数理モデルを構築し、各種変異体を用いた検証実験を行い分子メカニズムも明らかにした。

今後の研究の推進方策

H28年度までに明らかにした結果を論文にまとめ発表を行う。この過程で必要性が生じた解析を順次行う。

次年度使用額が生じた理由

既存の設備の利用などにより設備費を節約することができた。この分、技術補佐員を予定より前倒しで雇用してデータの取得を行っている。この技術補佐員も最終年度も継続して雇用するために次年度に予算を残すことにした。

次年度使用額の使用計画

技術補佐員を雇用し、データ取得を向上させるために使用する。

研究成果

• [国際共同研究] キュリー研究所(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: キュリー研究所
• [国際共同研究] EMBL(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: EMBL
• [雑誌論文] Endoplasmic Reticulum-Mediated Microtubule Alignment Governs Cytoplasmic Streaming. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenji Kimura, Alexandre Mamane, Tohru Sasaki, Kohta Sato, Jun Takagi, Ritsuya Niwayama, Lars Hufnagel, Yuta Shimamoto, Jean-Francois Joanny, Seiichi Uchida, and Akatsuki Kimura.
  • 雑誌名: Nature Cell Biology 巻: 19 ページ: 399-406
  • DOI: 10.1038/ncb3490
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A genetically encoded probe for live-cell imaging of H4K20 monomethylation. (2016)
  • 著者名/発表者名: Sato Y., Kujirai T., Arai R., Asakawa H., Ohtsuki C., Horikoshi N., Yamagata K., Ueda J., Nagase T., Haraguchi T., Hiraoka Y., Kimura A., Kurumizaka H., Kimura, H.
  • 雑誌名: J. Mol. Biol. 巻: 428 ページ: 3885-3902
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2016.08.010
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 核はどのようにして細胞の中心を見つけるのか？ (2016)
  • 著者名/発表者名: 谷本博一, 木村健二, 木村暁.
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 56 ページ: 271-274
  • DOI: 10.2142/biophys.56.271
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Bayesian Inference of Forces Causing Cytoplasmic Streaming in Caenorhabditis elegans Embryos and Mouse Oocytes. (2016)
  • 著者名/発表者名: Niwayama R., Nagao H., Kitajima T. S., Hufnagel L., Shinohara K., Higuchi T., Ishikawa T., Kimura A.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 11 ページ: e0159917
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0159917
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Interphase adhesion geometry is transmitted to an internal regulator for spindle orientation via caveolin-1. (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsumura S., Kojidani T., Kamioka Y., Uchida S., Haraguchi T., Kimura A., and Toyoshima F.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 7 ページ: 11858
  • DOI: 10.1038/ncomms11858
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Imaging and modeling of cytoplasmic streaming in the C. elegans embryo. (2016)
  • 著者名/発表者名: Akatsuki Kimura
  • 学会等名: The 54th Annual Meeting of the BSJ.
  • 発表場所: Tsukuba
  • 年月日: 2016-11-25 – 2016-11-25
  • 招待講演
• [備考] 研究室ウェブサイト
  • URL: https://www.nig.ac.jp/nig/ja/research/organization-top/laboratories/kimura