Collective cell migration and histogenesis controlled under a feedback mechanism with cellular morphology

在细胞形态反馈机制下控制集体细胞迁移和组织发生

• 批准号: 22K14014
• 负责人: 福山 達也
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Center for Novel Science Initatives, National Institutes of Natural Sciences
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14014/
• 关键词: 生物物理学; アクティブマター; 細胞集団運動

自然界にはエネルギーの出入りに伴い様々な流れが生じている。例えば電場をかけたときの電気泳動などがあるが、近年、そのようなポテンシャル勾配と’流れ’の考えを細胞集団運動へ広げようとする試みがある。研究代表者は細胞間を伝搬するシグナルと細胞の運動に着目し、シグナル伝搬中に密度変化を伴って逆向きの集団運動が駆動されることを実験・理論の両方から明らかにした。しかし、生体内では様々な形状をもった組織があり、曲率が組織形成や運動自体にどのように影響するのか明らかになっていなかった。本研究では曲率を持った基板上でシグナル伝搬や細胞集団運動がどのように影響を受けるのか、そのメカニズムを明らかにすることを目的とする。今年度、実験においては3次元的に細胞集団運動を観察するための条件の検討を行った。まずは細胞核・細胞質を蛍光でとらえられるようMDCK上皮細胞に遺伝子組み換えを行い、コラーゲンゲル上またはゲル中に細胞を置いて運動を観察できる実験環境を整えた。細胞の運動を観測することはできたが、曲率をもった基板作成やシグナル伝搬を見るための準備は現在進行中である。実験と並行して、曲面上を運動する粒子のシミュレーションモデルの構築を行った。曲面上における粒子の座標、速度、粒子間の距離は測地線方程式を用いて計算し、凹凸を持った面にそって粒子が動く系を考案した。現在、ここにいくつかのパターンの曲面や粒子自体に自己駆動力を持たせて集団的な運動や構造形成が見られるか検証している。曲面の曲率や自己駆動力の強さを変えたり、さらに１次元方向のみまたは２次元方向に曲率を有する曲面でシミュレーションを行い、曲面に特徴的な集団運動が現れる条件を探している段階である。

In nature, に, エネ, エネ, ギ, <s:1> enter and exit エネ, に are accompanied by 々な, 々な flow れが gives rise to じて, る, る and る. Example え ば electric field を か け た と き の electric 気 swimming な ど が あ る が, in recent years, そ の よ う な ポ テ ン シ ャ ル hook with と "flow れ" の exam え を cells sets 団 movement へ hiroo げ よ う と す る try み が あ る. Research representatives は intercellular を 伝 move す る シ グ ナ ル と の movement に し, wear シ グ ナ ル 伝 に density variations in moving を with っ て reverse き の 団 sports が 駆 dynamic さ れ る こ と を be 験 · theory の struck party か ら Ming ら か に し た. し か し, born in vivo で は others 々 な shape を も っ た organization が あ り, curvature が organization form や movement of autologous に ど の よ う に influence す る の か ら Ming か に な っ て い な か っ た. This study で は curvature を hold っ た substrate で シ グ ナ ル 伝 moving や cell set 団 sports が ど の よ う に を by け る の か, そ の メ カ ニ ズ ム を Ming ら か に す る こ と を purpose と す る. This year, the experiment conducted a three-dimensional に cell cluster movement in にお, て, て, を観 to examine the するため, <s:1>, 検 conditions, and を to conduct った. ま ず は nuclei, cytoplasm を 蛍 light で と ら え ら れ る よ う MDCK epithelial cells に heritage 伝 subgroups み in え を い, コ ラ ー ゲ ン ゲ ル on ま た は ゲ ル を に cells in place い て movement を 観 examine で き る be 験 environment を whole え た. Cell の movement を 観 measuring す る こ と は で き た が, curvature を も っ た substrates made や シ グ ナ ル 伝 move を see る た め の prepare は now underway で あ る. Be 験 と parallel し て を movement on a curved surface, す る particle の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン モ デ ル の line build を っ た. Surface に お け る の distance between particle の coordinates, velocity, particle は geodesic equation を with い て computing し, concave and convex を っ た surface に そ っ て が particles move く department し を test case た. Now, こ こ に い く つ か の パ タ ー ン の surface autologous に や particles themselves 駆 power を hold た せ て set 団 な movement や が structure formation see ら れ る か 検 card し て い る. Surface curvature や の their strong 駆 power の さ を - え た り, さ ら に 1 dimensional direction の み ま た は 2 dimensional direction に curvature を す る surface で シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に を い, surface movement of 徴 な set 団 が now れ る conditions を agent し て い る Duan Jie で あ る.