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2021 年度 実績報告書

がん細胞とアストロサイトにおける解糖系振動および同期現象の解明と応用

研究課題

研究課題/領域番号 19H04205
研究機関横浜国立大学

研究代表者

雨宮 隆  横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 教授 (60344149)

研究分担者 中田 聡  広島大学, 統合生命科学研究科(理), 教授 (50217741)
山口 智彦  明治大学, 研究・知財戦略機構(中野), 特任教授 (70358232)
渡邉 昌俊  三重大学, 医学系研究科, 教授 (90273383)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワードがん細胞 / アストロサイト / 代謝 / 解糖系振動 / ANLS仮説 / 同期現象
研究実績の概要

がん細胞とアストロサイト(脳のグリア細胞の1種)は生物学的には全く異なるものである。しかし,細胞のエネルギー代謝に着目すると,がん細胞とアストロサイトは特殊な類似性をもっている。すなわち,がん細胞とアストロサイトは通常の細胞とは違い,好気的環境でも嫌気呼吸である解糖系を亢進させてグルコースから乳酸を産生する。このような代謝特性から,申請者らは両細胞が解糖系振動を起こすと推論した。
がん細胞では,ヒト子宮頸がんHeLa細胞や前立腺がんDU145細胞,乳がんMDA-MB-231細胞の単層培養系において,解糖系振動を1細胞レベルで計測することに成功した。さらに,HeLa細胞においては,生体により近いとされる3次元のスフェロイド(細胞塊)においても解糖系振動を計測した。振動データの解析から,がん細胞の種類や集合状態によって解糖系振動の周波数は大きく異なった。解糖系をより亢進するがん細胞は解糖系酵素活性を高め,悪性度を高めることが知られている。解糖系振動の数理モデル計算から解糖系酵素活性の高い細胞ほど高い周波数で振動することを確認した。これらより,解糖系振動はがんの悪性度などの生理学的特性を反映する指標として利用できることを示すことができた。
一方,脳細胞についてはアストロサイト培養系を確立することを試みた。最初にマウス中枢神経系幹細胞株(MEB5)を用いたが,形成したスフェロイドが死滅してしまうために培養系を確立できなかった。次により培養が簡便に行えると思われたマウス胚性腫瘍由来の細胞株(P19C6)を選択した。その結果,P19C6を安定して培養する手法を確立し,さらに,レチノイン酸を添加することでニューロンの軸索と思われる構造を有する細胞ならびにアストロサイトと思われる細胞が現われることを確認した。本研究により,アスロサイトの1細胞レベルの解糖系振動を計測するための培養系が整った。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (45件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (24件) (うち国際共著 5件、 査読あり 22件、 オープンアクセス 22件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 5件、 招待講演 3件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] National Institute of Health(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      National Institute of Health
  • [国際共同研究] Lancaster University(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      Lancaster University
  • [国際共同研究] Otto-von-Guericke-Universitat Magdeburg(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Otto-von-Guericke-Universitat Magdeburg
  • [国際共同研究] IIByT, CONICET-UNC(アルゼンチン)

    • 国名
      アルゼンチン
    • 外国機関名
      IIByT, CONICET-UNC
  • [国際共同研究] Universite de Poitiers(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      Universite de Poitiers
  • [雑誌論文] Oscillations and Dynamic Symbiosis in Cellular Metabolism in Cancer2022

    • 著者名/発表者名
      Amemiya Takashi、Yamaguchi Tomohiko
    • 雑誌名

      Frontiers in Oncology

      巻: 12 ページ: -

    • DOI

      10.3389/fonc.2022.783908

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Glycolytic oscillations in HeLa cervical cancer cell spheroids2022

    • 著者名/発表者名
      Amemiya Takashi、Shibata Kenichi、Takahashi Junpei、Watanabe Masatoshi、Nakata Satoshi、Nakamura Kazuyuki、Yamaguchi Tomohiko
    • 雑誌名

      The FEBS Journal

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1111/febs.16454

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Self-propelled camphor disk dependent on the depth of the sodium dodecyl sulfate aqueous phase2022

    • 著者名/発表者名
      Xu Yu、Takayama Nami、Komasu Yui、Takahara Naho、Kitahata Hiroyuki、Iima Makoto、Nakata Satoshi
    • 雑誌名

      Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects

      巻: 635 ページ: 128087~128087

    • DOI

      10.1016/j.colsurfa.2021.128087

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Masking of a malodorous substance on 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine molecular layer2022

    • 著者名/発表者名
      Fujita Risa、Yotsumoto Mai、Yamaguchi Yuta、Matsuo Muneyuki、Fukuhara Koichi、Takahashi Osamu、Nakanishi Shinobu、Denda Mitsuhiro、Nakata Satoshi
    • 雑誌名

      Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects

      巻: 634 ページ: 128045~128045

    • DOI

      10.1016/j.colsurfa.2021.128045

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Heterogeneous induction of an invasive phenotype in prostate cancer cells by coculturing with patient‐derived fibroblasts2021

    • 著者名/発表者名
      Ishii Kenichiro、Nakagawa Yasuhisa、Matsuda Chise、Katoh Daisuke、Ichishi Masako、Shirai Taku、Hirokawa Yoshifumi、Fujiwara Masaya、Sugimura Yoshiki、Watanabe Masatoshi
    • 雑誌名

      Journal of Cellular Biochemistry

      巻: 122 ページ: 679~688

    • DOI

      10.1002/jcb.29893

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The Effect of Neddylation Blockade on Slug-Dependent Cancer Cell Migration Is Regulated by p53 Mutation Status2021

    • 著者名/発表者名
      Kim Yelee、Park Jun Bum、Fukuda Junji、Watanabe Masatoshi、Chun Yang-Sook
    • 雑誌名

      Cancers

      巻: 13 ページ: 531~531

    • DOI

      10.3390/cancers13030531

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Primary cilia-dependent lipid raft/caveolin dynamics regulate adipogenesis2021

    • 著者名/発表者名
      Yamakawa Daishi、Katoh Daisuke、Kasahara Kousuke、Shiromizu Takashi、Matsuyama Makoto、Matsuda Chise、Maeno Yumi、Watanabe Masatoshi、Nishimura Yuhei、Inagaki Masaki
    • 雑誌名

      Cell Reports

      巻: 34 ページ: 108817~108817

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2021.108817

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Plexin domain containing protein 2 is more expressed within the invasive area of human colorectal cancer tissues2021

    • 著者名/発表者名
      Hamada Yasuhiko、Eguchi Akiko、Tanaka Kyosuke、Katsurahara Masaki、Horiki Noriyuki、Nakamura Misaki、Tenpaku Mina、Iwasa Motoh、Ichishi Masako、Watanabe Masatoshi、Takei Yoshiyuki
    • 雑誌名

      Human Cell

      巻: 34 ページ: 1580~1583

    • DOI

      10.1007/s13577-021-00570-8

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] HER2-positive adenocarcinoma arising from heterotopic pancreas tissue in the duodenum: A case report2021

    • 著者名/発表者名
      Hirokawa Yoshifumi S、Iwata Takashi、Okugawa Yoshinaga、Tanaka Koji、Sakurai Hiroyuki、Watanabe Masatoshi
    • 雑誌名

      World Journal of Gastroenterology

      巻: 27 ページ: 4738~4745

    • DOI

      10.3748/wjg.v27.i28.4738

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Primary cilia and lipid raft dynamics2021

    • 著者名/発表者名
      Nishimura Yuhei、Yamakawa Daishi、Uchida Katsunori、Shiromizu Takashi、Watanabe Masatoshi、Inagaki Masaki
    • 雑誌名

      Open Biology

      巻: 11 ページ: 210130~210130

    • DOI

      10.1098/rsob.210130

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Self-Propelled Motion Sensitive to the Chemical Structure of Amphiphilic Molecular Layer on an Aqueous Phase2021

    • 著者名/発表者名
      Matsuo Muneyuki、Hashishita Hiromi、Nakata Satoshi
    • 雑誌名

      Membranes

      巻: 11 ページ: 885~885

    • DOI

      10.3390/membranes11110885

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Instability of the Homogeneous Distribution of Chemical Waves in the Belousov?Zhabotinsky Reaction2021

    • 著者名/発表者名
      Suematsu Nobuhiko J.、Nakata Satoshi
    • 雑誌名

      Materials

      巻: 14 ページ: 6177~6177

    • DOI

      10.3390/ma14206177

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Traveling waves propagating through coupled microbeads in the Belousov?Zhabotinsky reaction2021

    • 著者名/発表者名
      Kuze Masakazu、Kitahata Hiroyuki、Nakata Satoshi
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 23 ページ: 24175~24179

    • DOI

      10.1039/d1cp03916d

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Cover Feature: Catch and Release Chemotaxis (ChemSystemsChem 2/2022)2021

    • 著者名/発表者名
      Yasugahira Yusuke、Tatsumi Yuki、Yamanaka Osamu、Nishimori Hiraku、Nagayama Masaharu、Nakata Satoshi
    • 雑誌名

      ChemSystemsChem

      巻: 4 ページ: -

    • DOI

      10.1002/syst.202100049

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Spontaneous Mode Switching of Self-Propelled Droplet Motion Induced by a Clock Reaction in the Belousov?Zhabotinsky Medium2021

    • 著者名/発表者名
      Suematsu Nobuhiko J.、Mori Yoshihito、Amemiya Takashi、Nakata Satoshi
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 12 ページ: 7526~7530

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.1c02079

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Alternate Route Selection of Self-Propelled Filter Papers Impregnated with Camphor for Two-Branched Water Channels2021

    • 著者名/発表者名
      Fujita Risa、Matsufuji Takero、Matsuo Muneyuki、Nakata Satoshi
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 37 ページ: 7039~7042

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.1c00644

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] pH‐Sensitive Oscillatory Motion of a Urease Motor on the Urea Aqueous Phase2021

    • 著者名/発表者名
      Xu Yu、Ji Lin、Izumi Shunsuke、Nakata Satoshi
    • 雑誌名

      Chemistry An Asian Journal

      巻: 16 ページ: 1762~1766

    • DOI

      10.1002/asia.202100336

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A reaction?diffusion particle model for clustering of self-propelled oil droplets on a surfactant solution2021

    • 著者名/発表者名
      Kim Minsoo、Okamoto Mamoru、Yasugahira Yusuke、Tanaka Shinpei、Nakata Satoshi、Kobayashi Yasuaki、Nagayama Masaharu
    • 雑誌名

      Physica D: Nonlinear Phenomena

      巻: 425 ページ: 132949~132949

    • DOI

      10.1016/j.physd.2021.132949

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Switching between Two Oscillatory States Depending on the Electrical Potential2021

    • 著者名/発表者名
      Kuze Masakazu、Horisaka Mari、Suematsu Nobuhiko J.、Amemiya Takashi、Steinbock Oliver、Nakata Satoshi
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 125 ページ: 3638~3643

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.0c11019

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Oscillatory Motion of a Camphor Object on a Surfactant Solution2021

    • 著者名/発表者名
      Xu Yu、Takayama Nami、Er Hua、Nakata Satoshi
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 125 ページ: 1674~1679

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.0c09314

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A surfactant reaction model for the reciprocating motion of a self-propelled droplet2021

    • 著者名/発表者名
      Tanaka Shinpei、Nakata Satoshi、Nagayama Masaharu
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: 17 ページ: 388~396

    • DOI

      10.1039/d0sm01500h

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Revival Oscillations in a Closed Bromate‐1,4‐Cyclohexanedione‐Acid System with Ferroin2021

    • 著者名/発表者名
      Kettunen Petteri、Huh Do Sung、Szalai Istv?n、Yamaguchi Tomohiko
    • 雑誌名

      Advanced Theory and Simulations

      巻: 4 ページ: 2100277~2100277

    • DOI

      10.1002/adts.202100277

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 今数理が面白い-医学・生物学への応用-2021

    • 著者名/発表者名
      渡邉昌俊,山口智彦
    • 雑誌名

      医学のあゆみ

      巻: 279 ページ: 181

  • [雑誌論文] がん細胞の解糖系振動と悪性度診断への応用2021

    • 著者名/発表者名
      2)雨宮隆,柴田賢一,山口智彦
    • 雑誌名

      医学のあゆみ

      巻: 279 ページ: 183-187

  • [学会発表] がんの悪性度と代謝振動2022

    • 著者名/発表者名
      雨宮隆
    • 学会等名
      電子情報通信学会 有機エレクトロニクス研究会(OME)
  • [学会発表] 細胞の代謝振動と共生~生命機能を探る~2021

    • 著者名/発表者名
      雨宮隆
    • 学会等名
      電子情報通信学会 有機エレクトロニクス研究会(OME)
  • [学会発表] Glycolytic oscillations and their synchronization in cancer cells and astrocytes2021

    • 著者名/発表者名
      Takashi Amemiya
    • 学会等名
      Pacifichem 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Oscillations and symbiosis in cellular metabolism2021

    • 著者名/発表者名
      Takashi Amemiya
    • 学会等名
      Materials Research Meeting 2021 (MRS-J)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 低酸素誘導因子HIFがヒト子宮頸がんHeLa細胞の解糖系振動へ及ぼす影響2021

    • 著者名/発表者名
      藤田郁真,柴田賢一,雨宮隆
    • 学会等名
      第31回 非線形反応と協同現象研究会
  • [学会発表] がん細胞におけるミトコンドリアを含めた代謝中間体振動モデル2021

    • 著者名/発表者名
      大平泰央,柴田賢一,雨宮隆
    • 学会等名
      第31回 非線形反応と協同現象研究会
  • [学会発表] 解糖系振動におけるミトコンドリアの役割2021

    • 著者名/発表者名
      西田雅貴,柴田賢一,雨宮隆
    • 学会等名
      第31回 非線形反応と協同現象研究会
  • [学会発表] アストロサイト-ニューロン共培養系における解糖系振動2021

    • 著者名/発表者名
      大沼萌香,柴田賢一,雨宮隆
    • 学会等名
      第31回 非線形反応と協同現象研究会
  • [学会発表] 脂肪細胞の解糖系振動とレプチン振動2021

    • 著者名/発表者名
      森田優月,柴田賢一,雨宮隆
    • 学会等名
      第31回 非線形反応と協同現象研究会
  • [学会発表] 乳がん細胞の解糖系振動2021

    • 著者名/発表者名
      藤白直人,柴田賢一,雨宮隆
    • 学会等名
      第31回 非線形反応と協同現象研究会
  • [学会発表] 細胞の代謝振動と数理モデル-がん細胞の悪性評価への応用-2021

    • 著者名/発表者名
      雨宮隆
    • 学会等名
      電子情報通信学会ソサエティ大会,先端バイオテクノロジーの医工展開
  • [学会発表] 細胞の代謝共生動態のメカニズムと機能2021

    • 著者名/発表者名
      雨宮隆
    • 学会等名
      電子情報通信学会 有機エレクトロニクス研究会(OME)
  • [学会発表] Spatio-temporal pattern formation using self-propelled objects2021

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Nakata
    • 学会等名
      2021 Silk Road International Conference on the Cooperation and Intergaration of Industry, Education, Research, and Application
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Self-organized motion2021

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Nakata
    • 学会等名
      ICMMA2021
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Self-organized motion2021

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Nakata
    • 学会等名
      Pacifichem2020
    • 国際学会
  • [図書] Glycolytic Oscillations in Cancer Cells in Physics of Biological Oscillators2021

    • 著者名/発表者名
      Takashi Amemiya, Kenichi Shibata, Masatoshi Watanabe, Satoshi Nakata, Kazuyuki Nakamura, Tomohiko Yamaguchi
    • 総ページ数
      15
    • 出版者
      Springer Nature

URL: 

公開日: 2022-12-28  

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