組織維持を担う細胞群個体群動態の理解と定量的データ解析

了解负责组织维护和定量数据分析的细胞群的群体动态

• 批准号: 19J12319
• 负责人: 岩波 翔也
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J12319/
• 关键词: 数理モデル; 個体群動態; 細胞分化; データ解析; 恒常性の維持; 造血幹細胞; 骨代謝

造血幹細胞の分化モデルを解明することは、造血のバランスの崩れに由来する疾患への理解を加速させると期待できる。構築した数理モデルを用いて、各細胞集団の分化率や自己複製率、死亡率などのモデル中のパラメータの値を推定した。このとき、移植されたマウスごとの個体差を考慮し、非線形混合効果モデルの手法を取り入れ、確率近似期待値最大化（stochastic approximation expectation maximization, SAEM）アルゴリズムによって集団が持つパラメータの値を推定し、経験的ベイズ推定量によって表される各個体のパラメータ分布の最頻値を得ることができた。この定量的データ解析の結果、骨髄球のみを産生する経路が骨髄球産生に大きく寄与し、かつ、老化に伴って骨髄球産生が多くなることを示した。この結果は、これまでに報告されているミエロイドシフト（血球の産生が骨髄球に偏ること）を初めて定量的に示したものである。骨組織は骨形成を行う骨芽細胞と骨吸収を行う破骨細胞が相互に作用し合うことで維持される。２つの細胞群の相互作用が加齢や重力変化などの摂動によってどのように変化するかを解明することで、骨関連疾患の予測と予防が実現できると期待できる。骨代謝を骨芽細胞数と破骨細胞数から計算される再生方程式として、骨量の経年変化を記述する数理モデルを構築した。このモデルを用いて、マウスで計測した５２週にわたる骨代謝マーカーの変動と、人工的に重力をかけられたマウスで取得したデータを同時に解析し、骨量変動を説明し予測することに成功した。この結果は、初めて加齢と重力変化によって変わる骨量を理論的・定量的に記述することに成功したものである。以上の２つの組織の変化を記述する数理モデル研究によって、細胞群の動態から組織の変化を記述・予測する定量的なデータ解析の枠組みが整ったと言える。

Hematopoietic stem cell differentiation and development is expected to accelerate understanding of the causes of hematopoietic stem cell disease. Construction of mathematical models, differentiation rate of each cell population, replication rate, mortality rate, and estimation of the value of the cell population In this paper, the author considers the individual difference of the transplant, the method of non-linear mixture, the stochastic approximation expectation maximization (SAEM), the estimation of the value of the group, the estimation of the quantity of the group, the maximum frequency of the distribution of each individual. The results of quantitative analysis show that there is a large number of changes in bone mass production due to aging. The results were reported as follows: Bone formation and osteoclast interaction 2. The interaction of cell populations increases the gravity of the interaction, and the prediction and prevention of bone-related diseases are expected. Bone metabolism, bone bud cell count, osteoclast count, bone mass, bone aging, mathematical model The measurement of bone metabolism and the artificial gravity of bone mass were successful. The results of this study are as follows: The above 2 tissue transformation descriptions, mathematical studies, cell population dynamics, tissue transformation descriptions, prediction, quantitative analysis, organization and integration are described.

项目成果

造血幹細胞分化における骨髄球バイパスの機能

骨髓旁路在造血干细胞分化中的作用

• 发表时间: 2019
• 作者: S. Iwanami;K. Kitagawa;H. Ohashi;Y. Asai;K. Shionoya;W. Saso;K. Nishioka;H. Inaba;S. Nakaoka;T. Wakita;O. Diekmann;S. Iwami and K. Watashi;岩波翔也
• 通讯作者: 岩波翔也

Should a viral genome stay in the host cell or leave? A quantitative dynamics study of how hepatitis C virus deals with this dilemma

• DOI: 10.1371/journal.pbio.3000562
• 发表时间: 2020-07-01
• 期刊: PLOS BIOLOGY
• 影响因子: 9.8
• 作者: Iwanami, Shoya;Kitagawa, Kosaku;Watashi, Koichi
• 通讯作者: Watashi, Koichi

C型肝炎ウイルスの感染戦略：ウイルスゲノムは宿主細胞内にとどまるべきか？出ていくべきか？

丙型肝炎病毒感染策略：病毒基因组应该保留在宿主细胞内吗？

• 发表时间: 2020
• 作者: Hiromu Araki;Tomonari Mizoguchi;and Yasuhiro Hatsugai;岩田会津;岩波翔也
• 通讯作者: 岩波翔也

１造血幹細胞移植実験のデータ解析と造血幹細胞の老化

1 造血干细胞移植实验数据分析及造血干细胞老化

• 发表时间: 2020
• 作者: 岩波 翔也;山本 玲;波江野 洋;岩見 真吾
• 通讯作者: 岩見 真吾