遺伝子発現の進行波パターンの数理解析:脊椎動物の体節形成過程

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前年度の研究結果に引き続き、脊椎動物の未分節中胚葉で観察される細胞移動が体節時計遺伝子の同調振動に与える影響について、数理モデルと計算機シミュレーションをもちいて解析を行った。研究はMax Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics (ドイツ)のLuis Morelli研究員と共同で行った。先行研究の数理モデルでは、移動した細胞は新しく接触した細胞と直ちに膜タンパク質を介して相互作用できる、と仮定していた。しかし細胞が膜タンパク質を介して細胞間で相互作用するためには、膜タンパク質を隣の細胞と結合させる必要があるため、移動した直後すぐには相互作用を開始できないと予想される。つまり接触直後には細胞間の相互作用率は低く、接触している時間とともに相互作用率が徐々に増加していくと考えられる。これらのことから、細胞の移動があまりにも頻繁に起こると隣の細胞と十分に相互作用を確立することができず、細胞移動は同期を妨げると予想された。この予測を検証するために、従来の位相振動子モデルに相互作用率の時間変化を組み込み、シミュレーションを行った。その結果、振動子間で同期を達成するための最適な移動率があること、同期を達成できる細胞移動率の上限を発見した。そして同期を達成できる細胞移動率の上限に関する公式を結合位相振動子の理論をもちいて導出した。我々の理論研究は、遺伝子発現の細胞間同期に対する細胞移動の効果を理解するためには、細胞間相互作用が時間とともにどのように構築されていくかを理解する必要があることを示している。