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様々な生命現象は多様なシグナル経路の複雑な相互フィードバックにより制御される。シグナル経路の働きの解明は、発生現象や恒常性維持機構の理解に必須なだけでなく、種々の疾患の治療への応用も期待できる。これまで、生物学的な手法を用いた個々のシグナル経路の動作機構の理解が進んできたが、多細胞系において複雑なシグナル間相互作用を正確に、定量的に記述することは困難であった。そこで、多様なシグナル経路の相互作用を理解するために、個々のシグナル経路の働きを数理モデル化して、定性的かつ定量的な理解を目指す数理生物学的手法が必要不可欠となる。本研究では、シグナル間相互作用を包括的に理解するモデルとして、ショウジョウバエ視覚系の発生における「分化の波」の進行現象に着目してきた。数理生物学的手法と実験生物学的手法を融合することにより、「分化の波」の進行を制御する複数シグナルの相互作用の包括的な理解を目指した。これまでに私たちが「分化の波」の進行を制御することを報告したEGF、Notch、JAK/STATシグナルに加え、内分泌シグナルとして作用するインスリンシグナル及びインスリンシグナルと細胞内で相互作用するTORシグナルに着目し、「内分泌型」「傍分泌型」「接触型」など「働き方」の異なる複数シグナルの相互作用の包括的な理解を目指した。そのために、下記の3課題に重点をおいて研究を推進した。
1. 視覚系の発生を定量的に理解するためのライブイメージング解析について、プロトコルの最適化を行った。
2.インスリン及びTORシグナルの機能解析と、EGF、Notch、JAK/STATシグナルとの相互作用を調べた。
3.細胞増殖による領域の拡大や、三次元空間におけるシミュレーションを可能にする新規の「離散モデルの連続化」手法を発表した。この手法を「分化の波」の進行に適用し、生体内の状況に合致するパラメータの推定を行った。
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