心筋細胞と膵β細胞の数学モデル構築による機能動作メカニズム解析

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22390039
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生理学一般
• 研究機関: 立命館大学
• 研究代表者: 野間 昭典 立命館大学, 生命科学部, 教授 (00132738)
• 連携研究者: 車 采映 立命館大学, 立命館グローバル・イノベーション研究機構, ポストドクトラルフェロ (20456867) ; 天野 晃 立命館大学, 生命科学部, 教授 (60252491)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• キーワード: システム生理 / フィジオーム / 心筋

研究概要

細胞機能の成り立ちを明らかにするため、これまで蓄積されている研究成果を数式表現し、それらを総合して細胞機能の数学モデルを開発した。作成されたモデルは数十行の微分方程式で構成され、これを数値積分して心筋細胞の電気的活動と収縮について、また、膵臓β細胞のインシュリン応答について実際の細胞に近い機能を忠実に再現できた。この心筋細胞と膵臓β細胞モデルに数学解析を適用して、その機能原理を明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Steady-state solutions of cell volume in a cardiac myocyte model elaborated for membrane excitation, ion homeostasis and Ca2+ dynamics (2012)
  • 著者名/発表者名: Cha CY, Noma A
  • 雑誌名: J Theor Biol 巻: 307巻 ページ: 70-81
  • DOI: DOI:10.1016/j.jtbi.2012.04.025
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ionic basis of the pacemaker activity of SA node revealed by the lead potential analysis (2011)
  • 著者名/発表者名: Himeno Y, Cha CY, Noma A
  • 雑誌名: Heart Rate and Rhythm ページ: 33-58
  • DOI: DOI:10.1007/978-3-642-17575-6_2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Minor Contribution of Cytosolic Ca2+ Transients to the PacemakerRhythm in Guinea Pig Sinoatrial Node Cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Himeno Y, Toyoda F, Satoh H, Amano A ,Cha CY, Matsuura H, Noma A
  • 雑誌名: Am J Physiol Heart Circ Physiol 巻: 300(1)巻 ページ: H251-61
  • DOI: DOI:10.1152/ajpheart.00764.2010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analyzing electrical activities of pancreatic β cells using mathematical models (2011)
  • 著者名/発表者名: Cha CY , Powell T, Noma A
  • 雑誌名: Prog Biophys Mol Biol 巻: 107(2)巻 ページ: 265-73
  • DOI: DOI:10.1016/j.pbiomolbio.2011.08.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time-dependent changes in membrane excitability during glucose-induced bursting activity in pancreatic β cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Cha CY , Santos E, Amano A, Shimayoshi T, Noma A
  • 雑誌名: J Gen Physiol 巻: 138(1)巻 ページ: 39-47
  • DOI: DOI:10.1085/jgp.201110612
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ionic mechanisms and Ca2+ dynamics underlying the glucose response of pancreatic βcells: a simulation study (2011)
  • 著者名/発表者名: Cha CY , Nakamura Y, Himeno Y, Wang J,Fujimoto S, Inagaki N, Earm YE, Noma A
  • 雑誌名: J Gen Physiol 巻: 138(1)巻 ページ: 21-37
  • DOI: DOI:10.1085/jgp.201110611
  • 査読あり
• [雑誌論文] Systems Analysis of GLP-1 Receptor Signaling in Pancreatic {beta}-cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Takeda Y, Amano A , Noma A, Nakamura Y, Fujimoto S, Inagaki N
  • 雑誌名: Am J Physiol Cell Physiol 巻: 301(4)巻 ページ: C792-803
  • DOI: DOI:10.1152/ajpcell.00057.2011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reply to " Letter to the Editor:' Validating the requirement for beat-to-beat coupling of the Ca2+ clock and M clock in pacemaker cell normal automaticity (2011)
  • 著者名/発表者名: Himeno Y, Toyoda F, Matsuura H, Noma A
  • 雑誌名: Am J Physiol Heart Circ Physiol 巻: 300(6)巻 ページ: H2325-H2326
  • DOI: DOI:10.1152/ajpheart.00317.2011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of the cardiac Na+/K+ pump by development of a comprehensive and mechanistic model (2010)
  • 著者名/発表者名: Oka C, Cha CY, Noma A
  • 雑誌名: J Theor Biol 巻: 265(1)巻 ページ: 68-77
  • DOI: DOI:10.1016/j.jtbi.2010.04.028.
  • 査読あり
• [学会発表] シミュレーションモデルによる心室筋頻度依存性の解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉村海,野間昭典
  • 学会等名: 第90回日本生理学会大会
  • 発表場所: タワーホール船堀(東京都)
  • 年月日: 2013-03-29
• [学会発表] 心室筋細胞モデルの自律神経調整機構を備えた全身循環モデルへの実装 (2013)
  • 著者名/発表者名: 姫野友紀子,嶋吉隆夫,野間昭典,天野晃
  • 学会等名: 第90回日本生理学会大会
  • 発表場所: タワーホール船堀(東京都)
  • 年月日: 2013-03-29
• [学会発表] 簡略心室筋細胞モデル一次元ケーブルにおける一方向伝導の再構成 (2013)
  • 著者名/発表者名: 岩井俊介,野間昭典
  • 学会等名: 第90回日本生理学会大会
  • 発表場所: タワーホール船堀(東京都)
  • 年月日: 2013-03-29
• [学会発表] 心室筋細胞における細胞容積調節メカニズムのシミュレーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 高橋千穂,車采映,野間昭典
  • 学会等名: 第90回日本生理学会大会
  • 発表場所: タワーホール船堀(東京都)
  • 年月日: 2013-03-29
• [学会発表] Na〓チャネル遅延不活性化成分による不整電気活動の分岐解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 堀川悠介,車采映,野間昭典
  • 学会等名: 第90回日本生理学会大会
  • 発表場所: タワーホール船堀(東京都)
  • 年月日: 2013-03-28
• [学会発表] Mathematical analysis of ventricular cell activity using a cell model (2012)
  • 著者名/発表者名: 野間昭典
  • 学会等名: Recnet progress in Physiome Research Symposium、
  • 発表場所: 釜山(韓国)
  • 年月日: 2012-12-14
• [学会発表] Innovative insights in islet ion channels (2012)
  • 著者名/発表者名: 野間昭典
  • 学会等名: ADA 72nd Scientific Sessions、
  • 発表場所: フィラデルフィア(アメリカ)
  • 年月日: 2012-06-09
• [学会発表] Modelling of pancreatic β -cell and its mathematical analysis (2011)
  • 著者名/発表者名: Cha CY, Noma A
  • 学会等名: Workshop of Department of Pharmacology
  • 発表場所: オックスフォード(イギリス)
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] Modeling pancreaticb-cell and its mathematical analysis-2 (2011)
  • 著者名/発表者名: Chae Young Cha , Enrique Santos , Yasuhiko Nakamura, Akinori Noma
  • 学会等名: 第88回日本生理学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県)
  • 年月日: 2011-03-30
• [学会発表] Minor Contribution of Cytosolic Ca2+ Transients to the Pacemaker Rhythm as Examined by Recording Spontaneous Ca2+ Release during Voltage Clamp in Sinoatrial Node Cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Yukiko Himeno, Futoshi Toyoda, Akinori Noma
  • 学会等名: 第88回日本生理学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県)
  • 年月日: 2011-03-30
• [学会発表] Approaches using Computational Models to Quantitative Analysis of Cellular Mechanisms (2011)
  • 著者名/発表者名: Takao Shimayoshi, Akira Amano, Akinori Noma
  • 学会等名: International Symposium; Computational Physiology of Cardiac Myocytes and Pancreatic β-cells; Interaction between Energy Metabolism andMembrane Excitability
  • 発表場所: 京都大学(京都府)
  • 年月日: 2011-01-30
• [学会発表] Minor Contribution of Cytosolic Ca2+ Transients to the Pacemaker Rhythm in Sinoatrial Node Cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Himeno, F. Toyoda, A. Noma
  • 学会等名: International Symposium; Computational Physiology of Cardiac Myocytes and Pancreatic β-cells; Interaction between Energy Metabolism andMembrane Excitability
  • 発表場所: 京都大学(京都府)
  • 年月日: 2011-01-30
• [学会発表] Mechanisms underlying the cardiac and pancreatic beta-cell functions analyzed by simulation analysis (2010)
  • 著者名/発表者名: 野間昭典
  • 学会等名: US-Japan Brain Research Cooperative Program Workshop
  • 発表場所: OIST(沖縄県)
  • 年月日: 2010-10-06
• [学会発表] Major developments in the past 3 year at 'JP1 ' : Revival or new horizon:mathematical physiology in biosimulation、 (2010)
  • 著者名/発表者名: 野間昭典
  • 学会等名: Oxford Univ.Biotechnology and Biological Sciences Research Council
  • 発表場所: オックスフォード(イギリス)
  • 年月日: 2010-09-07