Real-world modeling of life: From DNA to Organoid

真实世界的生命建模：从 DNA 到类器官

• 批准号: 20H01877
• 负责人: 吉川 研一
• 金额: $ 11.65万
• 依托单位: Doshisha University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H01877/
• 关键词: DNA高次構造転移; 人工細胞モデル; ミニ臓器創成; 生命現象の物理; 非平衡開放系

実空間上に単純な実験モデルを構築するとともに、非平衡物理学や非線形科学に立脚した数理モデルと対比しながら、以下の3つの課題を中核に研究を総合的に推進した。1)ゲノムDNAの高次構造転移と遺伝子活性に関して、溶液中での１分子の動的高次構造観測を中心にして、数百kbp塩基対のサイズの長鎖DNAの折り畳み転移特性についての実験を進めるとともに、高次構造と転写・発現・複製の活性との関連を明らかにすることを目指した。本年度は、DNAの分子鎖のサイズに依存して、遺伝子発現の速度がどのように変化するのかを明らかにし、論文として報告した。2)細胞の実空間モデリングでは、ゲノムDNAと各種タンパク質、基質を取り込み、外周をリン脂質二分子膜で安定化させた、人工的モデル細胞を生成し、生細胞並みの機能を示すような実験系を創り出す方法論の確立を目指して研究をおこなった。DNAの高次構造に依存して、細胞サイズ液滴環境中での、DNAの局在化にスイッチングが起こることや、高分子水溶液の相分離を細管内で行わせると、安定な細胞サイズ液滴が生成することなどを見出し、論文として報告した。3)細胞の３次元(3D)組織体自己生成では、上皮系や間葉系の細胞を自己組織的に3次元配列させる実験系を発展させることを目指して研究を推進した。更には、予備実験として、肝臓がんやリンパ腫などの動物組織を対象に、細胞同士の接着特性の変化が、機械的な伸展に対してどのような形態変化として現れるのかを調べる予備実験を、医学畑の研究者との共同研究として行なってきている。

Be spatially に 単 pure な be 験 モ デ ル を build す る と と も に, nonequilibrium physics や nonlinear science に footing し た mathematical モ デ ル と than し seaborne な が ら, the following 3 つ の の subject study on nuclear に を を 総 に propulsion of し た. 1) ゲ ノ ム DNA の move higher order structure planning と heritage 伝 child activity に masato し て, solution で の 1 molecular の moving high tectonic 観 を measuring center に し て, hundreds of KBP salt base の seaborne サ イ ズ の long locks DNA の fold り 畳 み planning move features に つ い て の be 験 を into め る と と も に, higher order structure と planning, write 発 now, copy の active と の masato even を Ming ら か に す る Youdaoplaceholder3 とを refers to た. This year は, DNA molecular lock の の サ イ ズ に dependent し て, but 伝 発 is の speed が ど の よ う に variations change す る の か を Ming ら か に し, paper と し て report し た. 2) cells の be space モ デ リ ン グ で は, ゲ ノ ム DNA と various タ ン パ ク qualitative, matrix を take り 込 み, peripheral を リ ン lipid second molecular membrane で stabilization さ せ た, artificial モ デ を generate し ル cells, cells and み の function を shown す よ う な be 験 department を gen り the の す methodology established を refers し て research を お こ な っ た. DNA の high secondary tectonic に dependent し て, cell サ イ ズ droplet environment で の, DNA の bureau in turn に ス イ ッ チ ン グ が up こ る こ と や, polymer aqueous solution line separating the の を thin tube で わ せ る と, stable な cells サ イ ズ droplet が generated す る こ と な ど を see し, paper と し て report し た. 3) cells の three dimensional (3 d) tissue generated で は, epithelial cell between leaf is の や を their organization に three tselischeva column さ せ る be 験 department を 発 exhibition さ せ る こ と を refers し を て research advance し た. More に は, reserve be 験 と し て routine, liver が ん や リ ン パ swollen な ど の animal tissue を like に seaborne, cells with の then features の - が, mechanical stretch な に し seaborne て ど の よ う な morphology variations と し て now れ る の か を adjustable べ る reserve be 験 を, medical Tian の researchers と の joint research と し て line な っ て き て い る.

项目成果

非線形ダイナミクスと生命現象：DNAから生物個体まで

非线性动力学和生物现象：从 DNA 到生物体

• 发表时间: 2020
• 作者: T.N. Takahashi 他28名;吉川研一
• 通讯作者: 吉川研一

University of Seville(スペイン)

塞维利亚大学（西班牙）

キラルな紐としてのゲノムサイズDNAの構造と機能

基因组大小的 DNA 作为手性字符串的结构和功能

• 发表时间: 2021
• 作者: 吉川研一

Latvian Biomedical Res. Study Center(ラトビア)

拉脱维亚生物医学研究中心（拉脱维亚）

高分子が創り出す“生命らしさ”

聚合物创造的“栩栩如生”

• 发表时间: 2020
• 期刊: 高分子
• 作者: 大山倫弘;水野英如;池田昌司;吉川研一
• 通讯作者: 吉川研一