2020 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis of the singularity cells controlling the pattern formation of multicellular system
| Project Area | Singularity biology |
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| Project/Area Number |
18H05415
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
堀川 一樹 徳島大学, 先端研究推進センター, 教授 (70420247)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹本 龍也 徳島大学, 先端酵素学研究所, 教授 (30443899)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | 自己組織化 / 生物物理 / cAMP / ゲノム編集 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
社会性アメーバ集団がcAMP信号を臨界成長させる系では、いち早くcAMP信号を生じるリーダー細胞（シンギュラリティ細胞）と、その信号を増幅成長させるフォロアー細胞（シンギュラリティ機構）が見出される。集団内にわずか１%程しか存在しないリーダー細胞が、集団全体の信号伝達動態を大きく左右する仕組みを理解するため、信号動態の大規模解析を行った。具体的には、取得された350Gバイトの信号動態画像データを対象に信号波動態を効率よく解析するため、新たに機械学習による信号発生細胞の画像抽出法を開発した。全視野を総数1.24万個の小区画に分割し各時系列信号をハイスループットに検出したところ、ミリサイズのらせん状信号波の形成過程の可視化に初めて成功した。これまでらせん状信号波の形成機構としてはVulnerabilityと呼ばれる信号波面の損傷が関与すると考えられてきたが、我々の観察結果ではreentryと呼ばれる信号波面の旋回現象がらせん波の形成機構であることが明らかになった。数値シミュレーションによる信号波動態体の再現実験を行うことで、少数の信号起点という制約の下では、Vulnerabilityではなくreentryでしからせん化を説明できないことを確認することができた。これらの成果は、微視的すぎるミクロな研究や、粗視化されすぎたマクロ研究では得ることができないものであり、スケール横断的な解析で初めて明らかになったミクロとマクロを繋ぐメゾ機構の一つとして重要な発見である。
細胞分裂回数カウンティングシステム構築のため、分割Cas9のサブユニットをG1期特異的に発現する系を構築できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究で行ったミクロとマクロを包含する大規模解析から、reentryと呼ばれる信号波面の旋回現象がらせん波の形成機構であることが明らかになった。この意外な結果は、微視的すぎるミクロな研究や、粗視化されすぎたマクロ研究では得ることができないものであり、スケール横断的な解析で初めて明らかになったミクロとマクロを繋ぐメゾ機構の一つとして重要な発見である。想定外の発見であったことに加え、総括班で開発したAMATERAS(大阪大学に設置)が感染症の拡大防止の観点から利用制限がかったため、一部の研究に遅れが生じたが、結果的に十分な成果を上げることができていることから、「概ね順調に進展している」と判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで通り、総括班並びに各計画班と強固に連携し計画研究を遂行する。特に、総括班と共同でAMATERASへの更なる運用を進める。リーダー細胞の分取と遺伝子解析を行うために必要な遺伝子プローブをA01-2班と共同で開発する。機能的に重要な細胞群をリアルタイム同定することが困難な場合に備え、1細胞トラッキングの全自動化を公募班と連携し進める。
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