脊椎動物の体節形成と神経分化の数理モデリング

点击翻译按钮获取中文摘要

昨年度に続き、脊椎動物体節形成過程で見られる細胞移動が体節時計遺伝子の発現振動の同期に与える影響について理論・実験の両側面から研究を行った。理論的側面からは、細胞の集団移動が体節時計の同期に与える影響をシミュレーションで調べた。隣接している細胞間で移動方向の相関があると、集団での振動の同期がより促進されることを昨年度に発見した。今年度はその数理メカニズムを明らかにした。移動方向の短距離相関があると、相関がない場合に比べ細胞がより混ざりやすくなり、その結果細胞間の情報伝達が促進され同期が起きやすくなる。さらに短距離相関があることで振動位相の空間非一様なパターンが不安定化されやすくなり、領域全体でより同期が起きやすくなる。これらの結果は、細胞の集団移動が細胞間の情報伝達を促進し遺伝子発現の同期を速めるという、新しい生物学的意義を示唆している。実験的側面からは昨年度に引き続き、組織での細胞の相対的な位置変化を定量化する目的で、計測したデータを使い細胞間の平均二乗距離の時間変化を計算した。細胞内での核運動を考慮にいれた三次元細胞移動モデルを構築し、短い時間スケールで見られる平均二乗距離の振る舞いを細胞核の動きが決めていること、長い時間スケールでの振る舞いは細胞自体の動きによって決まることを明らかにした。データに対し空間三次元の細胞移動モデルをフィッティングし、移動速度や移動方向の自己相関長等のパラメタを推定した。推定したパラメタのもとで細胞移動をコンピュータ上で再現し、移動が体節時計遺伝子発現の振動の同期に影響を与えるかどうかを数値シミュレーションで調べた。その結果、組織での細胞移動は同期に影響を与えうる範囲にあることが明らかになった。生体内で細胞移動がどの程度遺伝子発現に影響を及ぼせるか未知であったが、今回の実験データ解析と数理モデリングによりその影響の一つの見積もりが得られた。