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2018 年度 実施状況報告書

実験-理論相互連動による肺の階層構造形成メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 18K06260
研究機関九州大学

研究代表者

今村 寿子  九州大学, 医学研究院, 助教 (30523790)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード肺 / 数理モデル / 分岐
研究実績の概要

肺上皮が拡散性成長因子に応答して成長することを表した数理モデル(ラプラシアン成長モデル)について、実験的検証を進めた。FGFファミリー分子に対する応答性について、FGFR下流のMAPKの活性をトランスジェニックマウス由来の組織を用いて調べたところ、組織曲率に応じた活性化亢進の度合いが異なることがわかった。この結果を数理モデルに反映させると、FGFファミリー分子による成長したシスト形状の違いを説明できた。
組織変形は、個々の細胞形状の制御が関与していると考えられ、実際に肺上皮においても頂端収縮によるシスト変形が起きていることを明らかにしてきた。このことを表現した数理モデル(自発曲率モデル)について、組織サイズの拡大と頂端収縮によって、組織形状の不安定化が起きることを数理解析により示すことができた。またラプラシアン成長モデルと自発曲率モデルを組み合わせることで、細胞形状制御によって分岐の太さが調節されうることを示した。
また、連携研究者との共同研究も進めており、モデルの三次元化にむけた新しい枠組みの計算機シミュレーションモデルの構築を行った。

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

ラプラシアン成長モデルの実験的検証としてFGFファミリー分子によるMAPK活性化の様子を調べることができた。またモデルの三次元化にむけた新しい枠組みの計算機シミュレーションモデルが構築できた。以上のことは当初の研究計画におおむね沿っている。

今後の研究の推進方策

FGF10シグナルとWntシグナルによる分裂方向の制御は、管径に関与すると推測できるが、このことが分岐形成に及ぼす影響は明確ではない。そこで3次元の管腔成長モデルを構築し、曲率依存的成長を組み込んだ上で、分裂方向の影響を調べる。発展として自発曲率の効果も組み込み、本研究から提案できる仮説を立体構造として統合的に示す。

次年度使用額が生じた理由

研究打ち合わせの旅費が共同研究先からの経費から支出できたため、その分の経費を試薬購入にあてることができ、研究計画を進めることができたが、若干の余剰が生じた。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] PtdIns (3, 5) P 2 mediates root hair shank hardening in Arabidopsis2018

    • 著者名/発表者名
      Tomoko Hirano, Hiroki Konno, Seiji Takeda, Liam Dolan, Mariko Kato, Takashi Aoyama, Takumi Higaki, Hisako Takigawa-Imamura, Masa H Sato
    • 雑誌名

      Nature Plants

      巻: 11 ページ: 447

    • DOI

      10.1038/s41477-019-0416-x

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 肺の形態形成 II:細胞形状制御による組織変形の数理モデル2019

    • 著者名/発表者名
      今村寿子、麓勝己、三浦岳
    • 学会等名
      反応拡散系と実験の融合2
    • 招待講演
  • [学会発表] FGFとWntの協同による肺分岐のヒエラルキー構造形成2018

    • 著者名/発表者名
      今村寿子、麓勝己、三浦岳
    • 学会等名
      第15回 生物数学の理論とその応用 -次世代の数理科学への展開-への参加
    • 招待講演

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公開日: 2019-12-27  

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