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2019 年度 実績報告書

情報科学的アプローチによるインスリン受容体周辺の膜環境の動態解析

研究課題

研究課題/領域番号 16K16153
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

竹本 智子  国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 研究員 (00450403)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワード画像解析 / 細胞内ロジスティクス / 細胞膜 / インスリン受容体 / 可視化 / 膜流動性 / 領域分割
研究実績の概要

脂質ラフトは細胞内の情報伝達プラットフォームとして、細胞内輸送や免疫応答などの機能発現に関与する。多くの病態の発生に関わるとされるが、その動態は明らかになっていない。そこで、ラフト上のシグナル受容体に注目し、シグナル伝達時の脂質ラフトの動態を明らかにしようとする研究が行われている。本研究では特に、インスリンシグナル受容体周辺の膜環境変化に注目し、受容体周辺の細胞膜を環境感受性の蛍光プローブで標識したタイムラプス観察画像を用いて、シグナル伝達時の膜環境変化の解析を目指した。
具体的には,580nm及び630nm前後の短・高波長2チャンネルのタイムラプス画像から、膜流動性を表すGeneralized polarization(GP)値を求め、その時間変化を解析した。観察画像は低侵襲撮影や蛍光退色、細胞移動などによって極めてノイズが多い。そこで本研究では、Difference of GaussianフィルタとKmeansクラスタリングを活用したタイムラプス観察画像からのターゲットプローブの自動検出を開発した。検出法の決定には、本課題に先だって開発中の画像処理法の性能評価システムを用いた。次に、GP値変化量は極めて小さいことから、画像間類似度の計測法としてテンプレートマッチングなどに用いられるZero-mean normalized cross correlation(ZNCC)を活用し、GP値の空間分布及びダイナミクスを可視化した。以上を含む結果を研究協力者と解析し、インスリン受容体を取り巻く局所環境の膜流動性はインスリン刺激時に増加することを明らかにした。さらに、インスリン受容体の局所的な膜環境は非常に動的で不均一であることが分かった。これらは、インスリン受容体が一般的な原形質膜とは異なる局所膜環境を持っていることを示唆している。以上の結果をジャーナル投稿中である。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 5件)

  • [国際共同研究] ジュネーブ大学(スイス)

    • 国名
      スイス
    • 外国機関名
      ジュネーブ大学
  • [雑誌論文] An end-to-end CNN and LSTM network with 3D anchors for mitotic cell detection in 4D microscopic images and its parallel implementation on multiple GPUs2019

    • 著者名/発表者名
      Kitrungrotsakul Titinunt、Han Xian-Hua、Iwamoto Yutaro、Takemoto Satoko、Yokota Hideo、Ipponjima Sari、Nemoto Tomomi、Xiong Wei、Chen Yen-Wei
    • 雑誌名

      Neural Computing and Applications

      巻: 32 ページ: 5669~5679

    • DOI

      10.1007/s00521-019-04374-8

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Cascade of 2.5D CNN and Bidirectional CLSTM Network for Mitotic Cell Detection in 4D Microscopy Image2019

    • 著者名/発表者名
      Kitrungrotsakul Titinunt、Han Xian-Hau、Iwamoto Yutaro、Takemoto Satoko、Yokota Hideo、Ipponjima Sari、Nemoto Tomomi、Wei Xiong、Chen Yen-Wei
    • 雑誌名

      IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics

      巻: 1 ページ: 1~1

    • DOI

      10.1109/TCBB.2019.2919015

    • 査読あり
  • [学会発表] Receptor-linked environment-sensitive probe reveals the heterogeneity of local-membrane environment surrounding the insulin receptor2019

    • 著者名/発表者名
      27.M. Umebayashi, S. Takemoto, L. Reymond, M. Sundukova, A. Bucci, P.A. Heppenstall, H. Yokota, K. Johnsson, H. Riezman
    • 学会等名
      International Conference on the Bioscience of Lipids
    • 国際学会
  • [学会発表] 画像処理法の決定支援システム: Sommelier2019

    • 著者名/発表者名
      竹本 智子, 横田 秀夫
    • 学会等名
      理化学研究所・広島大学合同公開シンポジウム「イメージングから理論」
  • [学会発表] A cloud-based communication platform for image-based brain research2019

    • 著者名/発表者名
      19.M. Morita, S. Takemoto, M. Nishimura, Y. Morii, M. Maeda, Y. Okumura, Y. Yamaguchi, and H. Yokota
    • 学会等名
      International Symposium of Brain/MINDS
    • 国際学会
  • [学会発表] Bioimage Processing2019

    • 著者名/発表者名
      20.H. Yokota, S. Yoshizawa, S. Takemoto, M. Morita, T. Sera, M. Nishimura, Y. Tsujimura, S. Nakamura, and T. Michikawa
    • 学会等名
      Resonance Bio International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Cloud-based image processing system: RBICP2019

    • 著者名/発表者名
      24.M. Morita, M. Nishimura, S. Takemoto, Y. Tsujimura, and H. Yokota
    • 学会等名
      Resonance Bio International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] An End-to-end CNN and CLSTM Network with 3D Anchors for Mitotic Cell Detection in 4D Microscopic Image2019

    • 著者名/発表者名
      25.Y.-W. Chen, T. Kitrungrotsakul, X.-H. Han, Y. Iwamoto, J. Liu, S. Takemoto, H. Yokota, S. Ipponjima, and T. Nemoto
    • 学会等名
      Resonance Bio International Symposium
    • 国際学会

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公開日: 2021-01-27  

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