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粘菌の細胞集団の確率的遺伝子発現と閾値ダイナミクスの解析

粘菌细胞群的随机基因表达和阈值动态分析

基本信息

批准号：
06F06422
负责人：
金子邦彦
金额：
$ 1.54万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

細胞が環境を感知する際には、膜上の受容体とリガンドの、分子ゆらぎに由来する物理的拘束が避けられない。その際、物理的な検出限界において生物系が動作している可能性が、1977年にBergとPurcellによって理論的に予想されている。細胞性粘菌Dictyostelium discoideumの初期発生ダイナミクスを例にとり、細胞の飢餓後の分化と細胞間サイクリックAMPシグナリングの関係性を、顕微鏡下、細胞レベルで可視化し定量化することを目的とした。また、これが細胞集団密度によってどのように変化するかを解析し、細胞が集まったことで出現する環境応答への鋭敏性を特徴づけることで、多細胞化が時空間的な動力学の不安定性によって出現せざるを得ないからくりを浮かび上がらせたい。平成19年度は主に、細胞内サイクリックAMPの変動について細胞外の刺激との関係を解析した。細胞集団を顕微鏡下で長時間にわたって追跡するためのプログラムの作成を行った。また還流系を構築し、応答の刺激濃度依存性や、周期性への依存性を解析した。その結果、cAMPにたいする閾値的なダイナミクスによって集団的な振動が引き起こされている様子が明らかになった。平成20年度は、細胞外のサイクリックAMPが細胞集団でのサブnM程度まで蓄積され、そのようにノイズが支配する環境の中から、細胞内に固有の周期的フィルターを用いて共鳴的な現象を介して、集団レベルの振動と波の現象が発生することを明らかにした。一分子レベルの高い感度と周波数帯の選択性を巧みに利用することで、マクロレベルの秩序形成が出現し、これが遺伝子発現の調節のタイミングを決定していると考えられる。このように階層をまたいで展開するマルチスケールの動力学的な構造は、他の生命系のマクロ秩序の形成においても期待される。

The physical constraints of the cellular environment, the receptors on the membrane, and the molecular environment are avoided. In 1977, Berg and Purcell proposed a theoretical framework for the development of biological systems. The relationship between the early development of Dictyostelium discoideum and the differentiation of cells after starvation and the intercellular development of Dictyostelium discoideum was studied. Cell aggregation density, cell aggregation, environmental sensitivity, and spatial dynamics of multicellularization are analyzed and characterized. Heisei 19th year: analysis of the relationship between intracellular and extracellular stimulation The cell set is tracked for a long time under a microscope. The structure of the flow system, the dependence of the response on the stimulus concentration, and the dependence of the periodic response are analyzed. As a result, cAMP levels are higher than threshold values. In the 20th year of Heisei, the phenomenon of resonance of extracellular and extracellular AMP in cell clusters was induced by accumulation of extracellular AMP in cell clusters, accumulation of extracellular AMP in cell clusters, and accumulation of intracellular AMP in cell clusters. A molecular high sensitivity, frequency band selectivity, clever use of the order of the formation of a molecular high sensitivity, frequency band, frequency band. The structure of the dynamics of the hierarchy and the formation of the order of other life systems are expected.