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2019 年度 実績報告書

皮膚再生・再生不全を制御するシグナル伝達の時間軸変換の数理の解明

公募研究

研究領域数理解析に基づく生体シグナル伝達システムの統合的理解
研究課題/領域番号 19H04954
研究機関東京医科歯科大学

研究代表者

難波 大輔  東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 准教授 (10380255)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
キーワード表皮角化幹細胞
研究実績の概要

細胞内シグナル伝達は、細胞レベルの機能調節を行うことによって、個体発生過程における組織の形成だけでなく、組織再生や老化といった現象にも関与しているが、細胞内シグナル伝達という分・時単位の現象が、組織再生や老化といった、日単位、さらに月・年単位の現象へと変換される機構、すなわち、小さな歯車の運動が、大きな歯車の運動に変換されるようなシグナル伝達の時間軸変換の機構は全く解明されていない。本研究では、表皮の再生・老化現象における表皮幹細胞動態をモデルとし、幹細胞内シグナル伝達経路の活性化または減弱化→幹細胞動態変化→組織再生・老化という過程を、EGFRシグナルによる幹細胞動態の変化の速度論的解析とその反応拡散系モデル、さらに多細胞間相互作用の物理モデルによる細胞集団動態予測を融合することで、シグナル伝達の時間軸変換の機構を数理的に理解することを目指す。またマウスの皮膚創傷治癒モデルや老化モデル、さらには糖尿病性潰瘍の臨床サンプルを検証することで、老化や糖尿病による組織再生不全が、シグナル伝達の時間軸変換のどこに起因するかを明らかにする。

今年度は、EGFRシグナルによる表皮幹細胞動態の変化について、そのシグナル伝達機構の下流に存在する幹細胞動態制御因子の同定とその速度論的解析を行うことに成功した。また、階層的シミュレーションによる表皮幹細胞の集団動態予測に成功した。さらに、マウス皮膚潰瘍サンプルから、皮膚再生に関与するシグナル伝達経路の候補を同定することに成功した。

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

ヒト表皮幹細胞動態を制御する分子機構について、その詳細を解明することが出来た。また、マウス皮膚潰瘍サンプルの解析から、皮膚再生に関与するシグナル伝達経路を同定することが出来た。

今後の研究の推進方策

ヒト表皮幹細胞動態を制御する分子機構と、細胞動態についての基本的な知見が得られたので、今後は、シグナル伝達の反応速度論的解析と、細胞集団動態の数理モデルとの融合を目指す。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2019

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 2件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Stem Cell Competition Orchestrates Skin Homeostasis and Ageing2019

    • 著者名/発表者名
      Liu N, Matsumura H, Kato T, Ichinose S, Takada A, Namiki T, Asakawa K, Morinaga H, Mohri Y, De Arcangelis A, Geroges-Labouesse E, Nanba D, Nishimura EK.
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 568 ページ: 344-350

    • DOI

      10.1038/s41586-019-1085-7

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] IGF-1R Deficiency in Human Keratinocytes Disrupts Epidermal Homeostasis and Stem Cell Maintenance2019

    • 著者名/発表者名
      Muraguchi T, Nanba D, Nishimura EK, Tashiro T.
    • 雑誌名

      J Dermatol Sci

      巻: 94 ページ: 298-305

    • DOI

      10.1016/j.jdermsci.2019.05.001.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Noninvasive Measurement of Cell/Colony Motion Using Image Analysis Methods to Evaluate the Proliferative Capacity of Oral Keratinocytes as a Tool for Quality Control in Regenerative Medicine2019

    • 著者名/発表者名
      Hoshikawa E, Sato T, Kimori Y, Suzuki A, Haga K, Kato H, Tabeta K,?Nanba D, Izumi K.
    • 雑誌名

      J Tissue Eng

      巻: 10 ページ: 204173141988152

    • DOI

      10.1177/2041731419881528.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Human keratinocyte stem cells: From cell biology to cell therapy.2019

    • 著者名/発表者名
      Nanba D.
    • 雑誌名

      J Dermatol Sci

      巻: 96 ページ: 66-72

    • DOI

      10.1016/j.jdermsci.2019.10.002.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Valve Interstitial Cell-Specific Cyclooxygenase-1 Associated With Calcification of Aortic Valves.2019

    • 著者名/発表者名
      Sakaue T, Hamaguchi M, Aono J, Nakashiro KI, Shikata F, Kawakami N, Oshima Y, Kurata M,?Nanba D, Masumoto J, Yamaguchi O, Higashiyama S, Izutani H.
    • 雑誌名

      Ann Thorac Surg

      巻: S0003-4975 ページ: 31717-5

    • DOI

      10.1016/j.athoracsur.2019.09.085.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Automated collective motion analysis validates human keratinocyte stem cell cultures.2019

    • 著者名/発表者名
      Kinoshita K, Munesue T, Toki F, Isshiki M, Higashiyama S, Barrandon Y, Nishimura EK, Yanagihara Y,?Nanba D.
    • 雑誌名

      Sci Rep

      巻: 9 ページ: 18725

    • DOI

      10.1038/s41598-019-55279-4.

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Evaluation of the proliferative potential of skin keratinocytes and fibroblasts isolated from critical limb ischemia patients.2019

    • 著者名/発表者名
      Toki F,?Nanba D, Nishimura EK, Matsuzaki K.
    • 雑誌名

      Regen Ther

      巻: 14 ページ: 222-226

    • DOI

      10.1016/j.reth.2020.03.016

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Tracing stem cell motion in human keratinocyte colonies using deep learning-based object tracking2019

    • 著者名/発表者名
      Nanba D
    • 学会等名
      1st Japan-Singapore International Skin Conference
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Label-free identification of human keratinocyte stem cells by deep learning-based quantitative cell motion analysis.2019

    • 著者名/発表者名
      Nanba D, Hirose T, Toki F, Nishimura EK, Kotoku J.
    • 学会等名
      49th Annual European Society for Dermatological Research (ESDR) Meeting
    • 国際学会

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公開日: 2021-01-27  

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