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

基因表达行波模式的数学分析：脊椎动物体节形成的过程

• 批准号: 09J03287
• 负责人: 瓜生 耕一郎
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J03287/
• 关键词: 体節形成; 細胞移動; 体節時計; 同期; 位相振動子; 細胞間相互作用; 数理モデル; 未分節中胚葉

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。

The results of the previous year's research were introduced, and the unsegmented mesoderm of vertebrates was examined and cell movement was detected. Coherent vibration に and える influence について, mathematical モデルとcomputer シミュレーションをもちいて analysis を行った. The research was conducted in collaboration with researcher Luis Morelli of the Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics (ドイツ). We will study first the mathematical structure of the cell, the new contact of the moving cell, the straight film of the cell, the quality of the material, the interaction of the moving cell, and the interaction of the fixed cell.しかしCell がmembrane タンパクquid mediated してinteraction between cells するためには, membrane タンパクquid をneighboring cellとcombination させるnecessary があるため, movement したstraight back すぐにはinteraction をstart できないと yu want される. The interaction rate between cells is low after the direct contact, and the interaction rate between cells is low during the contact time. The movement of cells is very frequent The interaction is established and the cell movement is synchronized and the movement is considered.このPredicted を検证するために, 従来のphase oscillator モデルにInteraction rate のtime changing をgroup み込み, シミュレーションを行った. As a result, the synchronization between oscillators is achieved, the optimal mobility rate is achieved, and the upper limit of the cell mobility is achieved in the same synchrony. At the same time, the upper limit of cell mobility was reached and the formula was derived based on the phase oscillator theory. I have done theoretical research and understanding of the synchronization between cells and the effect of cell movement. The interaction between time and space is necessary to understand and understand the time and space required to interact with each other.

项目成果

Synchronized oscillation of the segmentation clock gene in vertebrate development

• DOI: 10.1007/s00285-009-0296-1
• 发表时间: 2010-08
• 期刊: Journal of Mathematical Biology
• 影响因子: 1.9
• 作者: Koichiro Uriu;Y. Morishita;Y. Iwasa

Traveling wave formation in vertebrate segmentation

• DOI: 10.1016/j.jtbi.2009.01.003
• 发表时间: 2009-04-07
• 期刊: JOURNAL OF THEORETICAL BIOLOGY
• 影响因子: 2
• 作者: Uriu, Koichiro;Morishita, Yoshihiro;Iwasa, Yoh
• 通讯作者: Iwasa, Yoh

Random cell movement promotes synchronization of the segmentation clock

• DOI: 10.1073/pnas.0907122107
• 发表时间: 2010-03-16
• 期刊: PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA
• 影响因子: 11.1
• 作者: Uriu, Koichiro;Morishita, Yoshihiro;Iwasa, Yoh
• 通讯作者: Iwasa, Yoh

細胞のランダムな移動は体節時計の同期を早める

细胞的随机运动加速了分段时钟的同步

• 发表时间: 2010
• 作者: Uriu;et al.;瓜生耕一郎;瓜生耕一郎;瓜生耕一郎;瓜生耕一郎
• 通讯作者: 瓜生耕一郎