ショウジョウバエ細胞分化の時空間秩序と安定性をin silico構成系から理解す

从计算机构建系统了解果蝇细胞分化的时空顺序和稳定性

• 批准号: 09J10671
• 负责人: 中島 昭彦
• 金额: $ 0.9万
• 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: 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-09J10671/
• 关键词: 遺伝子ネットワーク; ニューロブラスト; 神経幹細胞; ロバストネス; 細胞選別; セルラーポッツモデル; 緩和過程; 協同性

1.発生過程では、幹細胞から様々な細胞種が作り出されることで複雑な組織を形成できるため、その細胞分化の機構を理解することは発生生物学の最重要課題の一つである。ショウジョウバエの神経幹細胞では一定の順序に従った転写因子の発現がみられ、時間的な発現の多様性により細胞の多様性が生み出される、非常に興味深い分化のメカニズムを示すモデル系である。転写因子の制御関係からこの特徴的な遺伝子発現が生み出されていることを示唆する知見が数多く得られてきたが、その遺伝子制御ネットワークの全体像はこれまで描けていなかった。本研究では、これまで得られた実験的知見と整合的振る舞いを示す遺伝子ネットワークの探索から、一定の発現順序を生み出すためのコアネットワークの同定に成功した。合わせて、発現順序の安定性の解析から安定な経時的発現を作り出すためのネットワークモジュールを明らかにし、ショウジョウバエ転写ネットワークが神経の多様化に最適な構造であるということが理解できた。これら結果はショウジョウバエ神経発生の理解に加えて、頑強な遺伝子発現パターンを生み出すネットワークの一般的特性の理解に役立つ。2.次に、作り出された多様な細胞から空間的組織構造が作り出される機構を明らかにするために、モデル系として細胞選別現象に注目し、数理モデルを用いて細胞選別が細胞のどのような力学的な特徴を必要としているか理論的に解析した。その結果、細胞接着に由来する表面張力で駆動される運動と、接着した細胞集団の集団拡散運動の2つの力学的過程が選別に重要とわかった。特に注目すべき性質として、細胞集団が大きくなるにつれ、他の細胞の間を通り抜けるまでにかかる時間が飛躍的に延びてしまうこと、したがって実際の組織形成では、細胞選別の素早い進展のために細胞集団の極性や動きを揃えた協調的運動が物理的に要請されていることを明らかにすることができた。

1。在发育过程中，由干细胞产生各种细胞类型，从而可以形成复杂的组织，因此了解细胞分化的机制是发育生物学中最重要的问题之一。这是一个模型系统，展示了一种非常有趣的分化机制，其中转录因子在果蝇的神经干细胞中以某些顺序表达，时间表达多样性会产生细胞多样性。尽管已经获得了许多发现，这些发现表明这种独特的基因表达是从转录因子的调节关系中产生的，但迄今为止，尚未描绘基因调节网络的总体情况。在这项研究中，我们通过搜索表现出与最新的实验发现相一致的基因网络来成功确定了一个核心网络，以生成一定的表达顺序。总之，我们揭示了一个网络模块，该模块是通过对表达顺序稳定性的分析来产生稳定表达的，并且已经理解，果蝇转录网络是神经多样化的最佳结构。除了了解果蝇神经发生外，这些结果还将有助于我们了解产生强大基因表达模式的网络的一般特性。 2。接下来，为了阐明由产生的各种细胞创建空间组织结构的机制，我们专注于细胞分类现象作为模型系统，理论上分析了细胞分类的哪种机械特征需要使用数学模型。结果，发现由细胞粘附和粘附细胞种群的种群扩散运动衍生而来的两个机械过程对于分类很重要。一个特别值得注意的特性是，随着细胞群的增长，在其他细胞之间通过的时间急剧增加，因此，在实际的组织形成中，已经表明，与细胞分类的快速进展所必需的与细胞群体的极性和细胞种群运动相协调的运动。

项目成果

Domain-growth kinetics of cell sorting

细胞分选的域生长动力学

• 发表时间: 2010
• 作者: Akihiko Nakajima;Takako Isshiki;Kunihiko Kaneko;Shuji Ishihara;中島昭彦;Akihiko Nakajima
• 通讯作者: Akihiko Nakajima

細胞の血縁識別による自己組織化的集合シグナルの不安定化

细胞亲缘关系识别破坏自组织集体信号的稳定性

• 发表时间: 2010
• 作者: Akihiko Nakajima;Takako Isshiki;Kunihiko Kaneko;Shuji Ishihara;中島昭彦
• 通讯作者: 中島昭彦

細胞選別の動力学

细胞分选动力学

• 发表时间: 2010
• 作者: Akihiko Nakajima;Takako Isshiki;Kunihiko Kaneko;Shuji Ishihara;中島昭彦;Akihiko Nakajima;中島昭彦
• 通讯作者: 中島昭彦

Kinetics of the cellular Potts model revisited

• DOI: 10.1088/1367-2630/13/3/033035
• 发表时间: 2011-03-25
• 期刊: NEW JOURNAL OF PHYSICS
• 影响因子: 3.3
• 作者: Nakajima, Akihiko;Ishihara, Shuji
• 通讯作者: Ishihara, Shuji

cAMP waves and oscillations during kin-discrimination in Dictyostelium discoideum

盘基网柄菌亲缘辨别过程中的 cAMP 波和振荡

• 发表时间: 2010
• 作者: Akihiko Nakajima;Takako Isshiki;Kunihiko Kaneko;Shuji Ishihara;中島昭彦;Akihiko Nakajima;中島昭彦;Akihiko Nakajima
• 通讯作者: Akihiko Nakajima