発生におけるパターン形成の数理的研究

发展模式形成的数学研究

• 批准号: 14011240
• 负责人: 望月 敦史
• 金额: $ 3.58万
• 依托单位: Okazaki National Research Institutes
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14011240/
• 关键词: 発生生物学; 形態形成; 数理モデル; シミュレーション; 錐体モザイク; 葉脈形成

本研究は、具体的な発生現象を取り上げて数理モデルを構築し、その解析によって形態形成機構を解明することを目的として実施された。第一に異なる波長に感受性をもつ4種の錐体細胞が幾何学的に配列している魚類の網膜上の錐体モザイクについて研究した。細胞間の最近接相互作用により各細胞が移動することで配列が自動的に形成されるとする「細胞移動モデル」を解析し、規則配列が実現される条件を求めた。メダカとゼブラフィッシュとで異なる配列パターンを、同一のモデルにおける相互作用パラメータの違いによって説明できた。この成果に加えて魚の縞模様形成など様々な形態形成現象について、微分方程式系を用いて研究した。これらの形態形成機構を明らかにし、検証可能な予測を導いた。例えば葉脈形成について新しい有力なメカニズムを提唱した。葉脈形成を説明する2つの有力な仮説が提唱されているが、いずれも形態の可変性を十分に説明できない。これに対し葉の辺縁部で合成されたauxinを消費しながら葉脈が伸長するという新しいモデルを提案した。計算機シミュレーションを行うと、伸長と分岐の繰り返しにより葉脈が作られる一方で、全体として等間隔のネットワークが形成された。このモデルは2仮説の特徴的性質(分岐しつつ成長する性質と、拡散不安定性により周期パターンを作り出す性質)を合わせ持ち、これまで対立すると考えられていた2つの仮説を矛盾無く統合することができた。葉脈パターンの種間多様性もわずかなパラメータ変化で作り出せると期待できる。

This study aims to construct and analyze the morphological mechanism of specific genetic phenomena. The first is the study of the geometrical arrangement of the four pyramidal cells in the retina of fish The interaction between cells and the cells is closely related to the conditions for the automatic formation of cell movement and regular arrangement. The interaction between the two groups is described in detail below. The results of this study include the study of the formation of fish models and the use of differential equations in the study of morphological phenomena. The morphogenesis mechanism of this kind is clear, and it is possible to predict and guide it. For example, the formation of a new type of power 2. Description of the power and flexibility of the internal morphology This is the first time I've ever seen a woman. The computer is running, stretching, and branching. The nature of the characteristics of this theory (divergence, growth, dispersion, instability, periodicity, and emergence) is a combination of the two theories. The interspecific diversity of the species varies from one species to another.

项目成果

Shoji, H., Mochizuki, A., Iwasa, Y., Kondo, S.: "Directionality of Stripes Formed by Anisotropie Reaction-Diffusion Models"Journal of Theoretical Biology. 214. 549-561 (2002)

Shoji, H.、Mochizuki, A.、Iwasa, Y.、Kondo, S.：“各向异性反应扩散模型形成的条纹的方向性”理论生物学杂志。

Kurosawa, G., Mochizuki, A., Iwasa, Y.: "Processes promoting oscillations --comparative study of circadian clock models"Journal of Theoretical Biology. 216. 193-208 (2002)

Kurosawa, G.、Mochizuki, A.、Iwasa, Y.：“促进振荡的过程——昼夜节律时钟模型的比较研究”理论生物学杂志。

Honda, H., Mochizuki, A.: "Formation and maintenance of distinctive cell patterns by co-expression of membrane-bound ligands and their receptors"Developmental Dynamics. 223. 180-192 (2002)

Honda, H., Mochizuki, A.：“通过膜结合配体及其受体的共表达形成和维持独特的细胞模式”发育动力学。

Mochizuki, A.: "Pattern formation of cone mosaic in zebrafish retina : A Cell rearrangement model"Journal of Theoretical Biology. 215. 345-361 (2002)

Mochizuki, A.：“斑马鱼视网膜中锥形镶嵌的图案形成：细胞重排模型”理论生物学杂志。

Tohya, S., Mochizuki, A., Iwasa, Y.: "Random cell sorting can form cone mosaic patterns in fish retina and explain the difference between zebrafish and medaka"Journal of Theoretical Biology. (印刷中).

Tohya, S.、Mochizuki, A.、Iwasa, Y.：“随机细胞分选可以在鱼视网膜中形成锥形马赛克图案，并解释斑马鱼和青鳉之间的差异”《理论生物学杂志》（正在出版）。