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2018 年度 実績報告書

細胞分裂を再現する力学モデルの構築と検証

研究課題

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, 遺伝メカニズム研究系, 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 – 2019-03-31
キーワード線虫 / 胚発生 / 細胞分裂 / 細胞骨格 / 中心体
研究実績の概要

動物細胞の細胞分裂の空間的制御には、中心体の配置が重要な役割を果たしている。研究代表者らはこれまでに、中心体が「(細胞核とともに)中央化」した後に「(紡錘体極として)伸長」するといった一連の過程を説明づける力学モデルの構築を行ってきた。これらの力学モデルの妥当性を検証する目的で、通常は2つの中心体を、遺伝子変異体を用いて3つにした細胞を観察し、力学モデルでどこまで説明できるか検討を加える研究を行った。線虫C. elegans胚において3つの中心体は、中心体が2つの時と同様に分裂前期までに細胞中央に移動する。ここまでの挙動は中心体2つを説明する力学モデルで説明可能であった。次に、核膜崩壊後、3つの中心体を有する細胞は、三角形の紡錘体を形成し、この紡錘体の伸長(三角形の各辺の伸長)の後に細胞分裂を行う。この紡錘体の伸長過程も、中心体が2つの際に形成される二極性紡錘体の伸長における力学モデルを元に説明できることを示した。一方で、三角形の紡錘体が当初、細胞の長軸に対してどの角度に形成されるかが、その後の分裂の様式(2つに分裂するか、3つに分裂するか)に重要であることを研究代表者らは見出した。そして、従来の力学モデルで考慮した要素に加えて、中心体の大きさの非対称を仮定すると実験で観察された角度分布を再現できることを思いついた。この新たな仮定の妥当性を実験的に検証するために、中心体の大きさを測定したところ、確かに中心体の大きさに非対称性が存在することを見出した。以上の結果は、研究代表者らが2つの中心体を有する細胞に対して構築してきた力学モデルが、3つの中心体の挙動も説明できる、普遍性のあるものであることを示している。さらに、このモデルを使うことによって、遺伝子変異によって誘導した3つの中心体には非対称性があり、そのことが紡錘体の角度や細胞分裂の様式に影響を与えていることを発見できた。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件) 図書 (1件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] Marine Biological Laboratory(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Marine Biological Laboratory
  • [国際共同研究] Bayreuth University(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Bayreuth University
  • [雑誌論文] Choice between 1- and 2-furrow cytokinesis in Caenorhabditis elegans embryos with tripolar spindles2019

    • 著者名/発表者名
      Kondo Tomo、Kimura Akatsuki
    • 雑誌名

      Molecular Biology of the Cell

      巻: 30 ページ: mbc.E19~01-0075

    • DOI

      10.1091/mbc.E19-01-0075

  • [学会発表] Cortical flowに着目した細胞質流動シミュレーション2019

    • 著者名/発表者名
      山崎 孔敬
    • 学会等名
      定量生物学の会 第9回年会
  • [学会発表] 遠心顕微鏡で細胞核を動かし、力を定量する2019

    • 著者名/発表者名
      木村暁
    • 学会等名
      定量生物学の会第9回年会
  • [学会発表] Mechanical Modeling of Cell Migration During the Early Embryogenesis of C. elegans to Reveal the Mechanism for Controlling Cell Arrangement2019

    • 著者名/発表者名
      Motomuro M
    • 学会等名
      The Seventh Annual Winter Q-Bio Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] In silico及びin vivo実験による有糸分裂期中心体位置制御機構の解明2018

    • 著者名/発表者名
      Yamazaki Y
    • 学会等名
      第2回慶應ライフサイエンスシンポジウム
  • [学会発表] 線虫初期胚における細胞位置決定モデルの構築2018

    • 著者名/発表者名
      本室 美貴子
    • 学会等名
      第2回慶應ライフサイエンスシンポジウム
  • [学会発表] Microtubule-dependent positioning of the nucleus in the C. elegans embryo2018

    • 著者名/発表者名
      Kimura A
    • 学会等名
      EMBO/EMBL Symposia: Microtubules: From Atoms to Complex Systems
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] 定量生物学2018

    • 著者名/発表者名
      小林 徹也
    • 総ページ数
      250
    • 出版者
      化学同人
    • ISBN
      9784759817300
  • [備考] 2つに分裂するか、3つに分裂するか、それが問題だ

    • URL

      https://www.nig.ac.jp/nig/ja/2019/04/research-highlights_ja/rh20190304.html

  • [備考] 国立遺伝学研究所細胞建築研究室

    • URL

      http://cellarchlab.galaxy.bindcloud.jp/home_jp.html

URL: 

公開日: 2019-12-27  

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