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細胞内にチューリングパターンは形成可能か？

是否有可能在细胞中形成图灵模式？

基本信息

批准号：
22K19299
负责人：
藤原慶
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

化学反応と分子拡散の共役(反応拡散共役)によって出現するチューリングパターン(TPs)は、動物の縞模様のように細胞間相互作用で出現する現象を説明可能だが、最新研究において細胞内の分子配置にも重要である証拠が集まってきている。もし細胞の分子配置をTPsが決めていることが証明されれば、分子配置メカニズムにおける生命科学の視点は大きく転換する。そこで本研究では、人工細胞内再構成系と精製された要素を利用し、細胞サイズの空間でTPsが形成可能な条件を解明することを目的としている。本研究に関連するものとして、バクテリアの細胞分裂面を決定するタンパク質の極間振動波であるMin波が存在するが、Min波とTPsの違いは、動的な変化を示すか、静的な構造であるかの違いである。そこで、Min波の動的な振る舞いは阻害因子(MinE)が活性化因子(MinD)と局在を共にすることに由来することに着目し、この両者が共存できない条件を創ることでMin波を静的にすることを試みた。具体的には、細胞骨格タンパク質であるFtsZをMinEと結合させ、MinEとMinDの局在を別にする条件を探索した。結果、反応速度と分子拡散の速度を調節することで、MinEとMinDが分離し、MinDが周期的なスポットパターンとして出現する条件を発見した。静的な周期パターンであり、ATPを利用した非平衡性を持ち、FRAP法のような局所刺激による外乱に対する自己修復機能の持つこと、融合によりスポット形状の再編成が生じることからTPsであると結論づけた。現在は理論研究者との共同研究を開し、このパターンが発生するメカニズムの解明とTPsであることの正確な論証を行うことを検討している。また、細胞内でのチューリングパターン形成法として本成果をまとめた論文を執筆中である。

The phenomenon of cell-cell interaction in animal models is explained by the presence of TPs (TPs) in chemical reactions and molecular interactions (TPs). Recent research has shown that molecular allocation in cells is important. The molecular configuration of the cell is determined by the molecular configuration of the cell, and the molecular configuration is determined by the molecular configuration of the cell. This study aims to clarify the conditions for the formation of TPs in artificial intracellular reconstitution systems and the use of these elements. This study is related to the determination of cell division planes, the existence of interpolar vibration waves, the existence of min waves, the change of motion, and the static structure of TPs. The vibration of the Min wave is caused by the activation factor (MinD) and the blue shift condition. Specific conditions for the development of cellular structures are explored. As a result, the conditions for adjusting the velocity of reaction and dispersion of molecules were found There are static cycles, the use of ATP to maintain imbalance, the maintenance of self-repair functions due to external chaos stimulated by FRAP, and the re-weaving of the shape of the gap due to integration. This is the conclusion of TPs. Now, theoretical researchers are working together to develop new theories and correct arguments. This paper is written in the middle of the cell.