細胞が非対称性を獲得する原理の分子レベルおよび数理・数式レベルでのモデル構築

在分子水平和数学/公式水平上建立细胞获得不对称性原理的模型

基本信息

批准号：
20016017
负责人：
稲垣直之
金额：
$ 5.12万
依托单位：
Nara Institute of Science and Technology
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：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

組織や細胞は発生・分化に伴って非対称性(極性)を獲得して固有の形態を形づくる。生体がどの様にして非対称性を獲得するかという問題は重要な研究テーマである。我々は、これまでの大規模なプロテオーム解析により、神経極性形成タンパク質Shootinlを見出した。本研究では、Shootinlの実験計測データを条件とした自立的に極性を獲得することができるモデルニューロンの構築を行う。そして、数理解析の結果を実験科学にフィードバックして研究を推進するアプローチを通して、細胞が非対称性を獲得するしくみの原理を分子レベルおよび数理・数式レベルで解き明かすことを目指す。本研究では、これまでに培養細胞を用いて得られたShootinlの詳細な定量的データ、すなわち(1) 神経極性形成に伴うShootinlの発現上昇、(2) 突起先端におけるShootinlの濃縮に伴う神経突起伸長、(3) Shootinlの細胞体から神経突起先端への能動輸送、(4) Shootinlの神経細胞内での拡散に関して、生物学的に適切な数式を導入し、データのパラメーターフィッティングを行った。その結果、得られた複数の微分方程式は、すべてShootinlの細胞内動態を定量的によく再現した。さらにこれらの微分方程式を統合することによって、自発的に極性を獲得するモデルニューロンを構築に成功した。以上の研究成果に加えて、これまでに総数15の培養ニューロンとモデルニューロンの挙動の一致を確認した。このことから、モデルニューロンが神経極性形成を再現することが示唆された。本年度は、Shootinlの細胞体から神経突起先端への能動輸送の意義を解析した。Shootinlの輸送は、その輸送量に関しても輸送頻度に関しても大きな揺らぎがあることが解った。その揺らぎをなくしたり、規則的なものにすると、モデルニューロンは極性を獲得できなかった。以上の結果から、神経細胞が自立的に極性を獲得するためには、揺らぐ細胞内シグナルのフィードバック増殖が重要な役割を果たすと考えられた。

组织和细胞在发展和区分时会获得不对称性（极性），并形成自己独特的形态。生物如何获得不对称的问题是一个重要的研究主题。我们通过广泛的先前蛋白质组学分析发现了神经极性形成的蛋白芽。在这项研究中，我们将构建模型神经元，这些神经元可以根据射击的实验测量数据独立获取极性。目的是通过一种方法将数学分析结果归因于实验科学并促进研究的方法来揭示细胞如何在分子水平以及数学，数学和数学水平上获得不对称性的原理。在这项研究中，介绍了在生物学上适当的数学公式，以详细介绍了使用培养细胞获得的芽量的详细定量数据：（1）伴随神经系统极性形成的芽的表达增加，（2）神经产生的神经突生长，由于射击的富集在芽的尖端和射击体的尖端（3）芽的timin和（3）射击体内（3）（3）射击体的影响（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3）在神经元中，进行了数据的参数拟合。结果，所有获得的微分方程都定量再现了芽的细胞内动力学。此外，通过整合这些微分方程，我们成功地构建了一种自发获得极性的模型神经元。除了上述研究结果外，我们还证实了迄今为止总共15个培养的神经元和模型神经元的行为。这表明模型神经元重现了神经极性的形成。今年，我们分析了从芽细胞体到神经突尖端的主动转运的重要性。已经发现，射击的运输在其运输量和频率上都有重大波动。如果消除了波动或模型神经元无法获得极性。基于上述结果，人们认为，为了使神经元独立获取极性，摇动细胞内信号的反馈扩散起着重要作用。

项目成果

期刊论文数量（13）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

プロテオミクスと数理解析から見えてきた神経細胞が極性を獲得する仕組み

通过蛋白质组学和数学分析揭示神经元获得极性的机制

DOI：
发表时间：
2009
期刊：
影响因子：
0
作者：
K. Katayama;et.al.;稲垣直之
通讯作者：
稲垣直之

ニューロンにはアクソンは1本しかないのか?

一个神经元只有一个轴突吗？

DOI：
发表时间：
2010
期刊：
Clinical Neuroscience 28
影响因子：
0
作者：
鳥山道則;稲垣直之
通讯作者：
稲垣直之

神経細胞の対称性の破れに関与するポジティヴフィードバックループ

正反馈环参与神经元对称性破坏

DOI：
发表时间：
2009
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yoshimura S;Yoshimi T;Ohkawa Y;et al.;稲垣直之
通讯作者：
稲垣直之

Shoothlは成長円錐のアクチンフィラメント求心性流動と細胞接着分子L1-CAMとを連結することによって神経軸索伸長を促進する

Shoothl 通过将生长锥肌动蛋白丝向心流与细胞粘附分子 L1-CAM 连接起来促进轴突生长

DOI：
发表时间：
2008
期刊：
影响因子：
0
作者：
J.Ohmuro;K.Fukamauchi;T.Furuta;稲垣直之
通讯作者：
稲垣直之

Shootinlによる神経突起計測および神経突起伸長の促進は神経極性形成を誘導する

Shootinl 的神经突测量和促进神经突生长诱导神经极性形成

DOI：
发表时间：
2008
期刊：
影响因子：
0
作者：
山本純;住川栄健;重永章;古田寿昭;大高章;Shymaa E. Bilasy;稲垣直之
通讯作者：
稲垣直之

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通讯作者：
稲垣直之