2015 Fiscal Year Research-status Report
生体内の不均一な場における反応拡散波の伝播機構の解明
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15KT0104
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
中村 健一 金沢大学, 数物科学系, 准教授 (40293120)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 純 金沢大学, 新学術創成研究機構, 教授 (30345235)
長山 雅晴 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (20314289)
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| Project Period (FY) |
2015-07-10 – 2018-03-31
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| Keywords | 反応拡散系 / 進行波 / 分化の波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体内の不均一な場における化学物質の伝播や情報の伝達を反応拡散系の進行波という観点でとらえることで，実際の生物の生体内で観察される個々の現象に潜む普遍的な原理の抽出を目指し，ショウジョウバエの視覚中枢の発生過程において観察される「分化の波 (Proneural Wave)」と呼ばれる現象に対する数理モデルの導出を試みた。これは，組織中の細胞の分化が次々に起こり，あたかも波のように隣接する細胞に伝わっていく現象であり，より高度な脊椎動物の視覚系の形成過程においても普遍的な役割を果たしていると考えられている。数値計算およびショウジョウバエの実験を専門とする研究分担者・研究協力者との連携により，この分化の波について反応拡散と側方抑制を組み合わせた反応拡散方程式系による数理モデルを構築し，その数値計算シミュレーションと実際のショウジョウバエを用いた実験結果とを比較して非常に良く一致する結果を得た。また，導出した数理モデルは未知の変数が４つあり数学的な解析が困難であることから，生物学的に自然な仮定に基づいて方程式の縮約を行い，３変数の数理モデルを導出した。この３変数モデルについても，進行波が存在することを数値シミュレーションにより確認し，さらに不均一な場が進行波の伝播にどのような影響を与えるかを詳細に調べた。その結果，実際のショウジョウバエの細胞内で観察される分化の波の加速現象や消失現象の再現に成功し，定性的モデルとしての妥当性を示すことができた。
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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
まだプロトタイプの段階だが，ショウジョウバエの視覚系形成過程における分化の波に対する数理モデル，およびその縮約による簡略化モデルを導出し，実際のショウジョウバエを用いた実験において一部の細胞内のシグナル伝達を阻害することで観察される分化の波の加速・消失現象を再現できており，定性的数理モデルとしてのある程度の妥当性が確認されたと考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き，数理解析・実験・モデリングを担当するグループ間の機動的連携により，以下のような方針で研究を遂行する。
（数理解析）空間非一様な反応拡散系の界面運動の解析を漸近解析的手法や数値計算も用いながら進め，得られた数学的・数値的知見を実験班・モデリング班に提供し，検証実験や数理モデルの改良に役立てる。
（実験）モザイク解析によりショウジョウバエの生体内に人為的に不均一な場を生成して，分化の波の伝播に与える影響を調べ，数理解析結果や数理モデルの検証を行う。
（モデリング）数理解析班・実験班の検証結果をもとに，定量的再現性のある数理モデルを構築する。
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| Causes of Carryover |
研究代表者が本務の都合で国外の研究集会への参加を取りやめたこと，および，数理モデルの数値計算を遂行する上で，数値計算ワークステーションのCPU性能を多少落としてもメモリの増設を優先すべきと判断したことによる。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度は計画の遂行のために，年度の早いうちに研究グループの打ち合わせを行うとともに，当初予定にはなかった国外研究集会での研究発表を計画しており，そのための費用として計上する。
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Research Products
(4 results)
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[Journal Article] Formation of Neuronal Circuits by Interactions between Neuronal Populations Derived from Different Origins in the Drosophila Visual Center2016
Author(s)
Suzuki, T., Hasegawa, E., Nakai, Y., Kaido, M., Takayama, R. and Sato, M.
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Journal Title
Cell Reports
Volume: 15
Pages: 499-509
DOI
Peer Reviewed
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