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2012 年度 実績報告書

樹状構造をつくる血管内皮細胞の集合運動とその制御システム

公募研究

研究領域動く細胞と場のクロストークによる秩序の生成
研究課題/領域番号 23111505
研究機関東京大学

研究代表者

西山 功一  東京大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (80398221)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2013-03-31
キーワード発生・分化 / 血管新生 / ライブイメージング / 細胞運動 / 定量評価 / 数理モデル
研究実績の概要

本年度は、血管伸長時の血管内皮細胞動態とその制御システムを体系的に理解していくために、その数理モデル化を進めた。タイムラプス観察から捉えられた細胞運動動態に基づき、血管伸長時の細胞運動の状態を方向性(前・後)とスピード(速い・遅い)で規定し、それらの状態が確率的に遷移するエージェントベースの一次元離散モデルを組んだ。重要な血管伸長因子VEGFによる血管伸長をシミュレーションした結果、この単純な組み込み仮定によってVEGFによる血管伸長とその際の細胞動態の特徴をある程度再現できた。さらに、それぞれの運動状態の細胞分布密度の変化を移流項、反応項で表した4連の連立偏微分方程式として書くことで、モデルの支配方程式を導出できた。しかし、同モデルでは先端の入れ替わりなど先端部分の動態の再現が不十分であった。そこで、先端の細胞挙動を規定する仮定をさらに組み込んだいくつかのモデルを試行した。結果、先端になった細胞はある一定時間経過した場合その動きを止めるという仮定を組み込むと先端部分の細胞動態をより再現できた。このモデル化のプロセスより、先端細胞の挙動は他の細胞に比し確率論的に説明できる部分は少なく、その多くは決定論的に制御されていると考えられた。また、血管壁細胞との細胞間相互作用により血管内皮細胞動態を制御する機序を検討すべく、壁細胞選択的な遺伝子操作が可能となるノックインマウス(ETAR::CreERT2)を樹立した。今後、レポーターマウスとの交配により壁細胞動態の可視化、また、ジフテリア毒素受容体を発現させるマウス(iDTR)と交配させ時間特異的な壁細胞除去を行うことで、壁細胞の重要性を検討する。以上の成果を発展させていくことで、場との対話により個々の血管内皮細胞動態が制御され、そこで獲得した秩序ある集団としてのふるまいがいかに血管のかたちへ繋がるか統合的に理解できると考えられる。

現在までの達成度 (段落)

24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

24年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (10件) (うち招待講演 4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Preotic neural crest cells contribute to coronary artery smooth muscle involving endothelin signaling2012

    • 著者名/発表者名
      Arima Y
    • 雑誌名

      Nat Commun

      巻: 3 ページ: 1267

    • DOI

      10.1038/ncomms2258

    • 査読あり
  • [学会発表] 血管のかたちをつくる血管細胞動態の理解2013

    • 著者名/発表者名
      西山 功一
    • 学会等名
      第42回日本心脈管作動物質学会
    • 発表場所
      奈良県立新公会堂 (奈良県 奈良市)
    • 年月日
      2013-02-09 – 2013-02-09
    • 招待講演
  • [学会発表] Cell-based mechanism behind angiogenic morphogenesis2013

    • 著者名/発表者名
      Koichi Nishiyama
    • 学会等名
      The 23rd CDB meeting
    • 発表場所
      理化学研究所 発生再生科学総合研究センター (兵庫県 神戸市)
    • 年月日
      2013-01-22 – 2013-01-22
  • [学会発表] A novel mathematical model of endothelial cell dynamics during angiogenic morphogenesis: analysis of cell-based mechanisms2012

    • 著者名/発表者名
      Kei Sugihara
    • 学会等名
      第35回日本分子生物学会年会
    • 発表場所
      福岡国際会議場 (福岡県 福岡市)
    • 年月日
      2012-12-11 – 2012-12-13
  • [学会発表] 第20回日本血管生物医学会学術集会2012

    • 著者名/発表者名
      Koichi Nishiyama
    • 学会等名
      Imaging, quantification and modeling of self-organizing behaviors of vascular cells
    • 発表場所
      あわぎんホール (徳島県 徳島市)
    • 年月日
      2012-12-06 – 2012-12-06
    • 招待講演
  • [学会発表] Experimental and computational analysis underscores the importance of tip cell dynamics in angiogenic morphogenesis2012

    • 著者名/発表者名
      Koichi Nishiyama
    • 学会等名
      第16回日本心血管内分泌代謝学会学術総会
    • 発表場所
      東京大学本郷キャンパス (東京都 文京区)
    • 年月日
      2012-11-24 – 2012-11-24
  • [学会発表] Cell-based mechanism behind angiogenic morphogenesis: analysis using both experimental and computational approaches2012

    • 著者名/発表者名
      Koichi Nishiyama
    • 学会等名
      7th Kloster Seeon ‘Angiogenesis’: Molecular Mechanism and Functional Interactions
    • 発表場所
      KLOSTER SEEON (Germany Seeon)
    • 年月日
      2012-09-15 – 2012-09-15
  • [学会発表] 血管の形づくりを担う内皮細胞動態2012

    • 著者名/発表者名
      西山 功一
    • 学会等名
      第22数理生物学会大会
    • 発表場所
      岡山大学津島キャンパス (岡山県 岡山市)
    • 年月日
      2012-09-12 – 2012-09-12
    • 招待講演
  • [学会発表] 血管構造をつくる血管内皮細胞動態の可視化と理解2012

    • 著者名/発表者名
      西山 功一
    • 学会等名
      第34回日本血栓止血学会学術集会
    • 発表場所
      ハイアットリージェンシー東京 (東京都 千代田区)
    • 年月日
      2012-06-09 – 2012-06-09
    • 招待講演
  • [学会発表] Analysis of cell-based mechanisms involved in angiogenic morphogenesis by biological and computational approaches2012

    • 著者名/発表者名
      Koichi Nishiyama
    • 学会等名
      17th International Vascular Biology Meeting 2012
    • 発表場所
      Rhein-Main-Hallen Wiesbaden (Germany Wiesbaden)
    • 年月日
      2012-06-02 – 2012-06-02
  • [学会発表] A novel mathematical model of angiogenic morphogenesis: implication of tip cell dynamics2012

    • 著者名/発表者名
      Kei Sugihara
    • 学会等名
      第46回発生生物学会大会
    • 発表場所
      神戸国際会議場 (兵庫県 神戸市)
    • 年月日
      2012-05-30 – 2012-05-30
  • [備考] 東京大学大学院医学系研究科代謝生理化学ホームページ

    • URL

      http://bio.m.u-tokyo.ac.jp/home-j.html

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公開日: 2018-02-02  

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