脊椎動物の体節形成と神経分化の数理モデリング

脊椎动物体节形成和神经分化的数学模型

• 批准号: 11J02685
• 负责人: 瓜生 耕一郎
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: The Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J02685/
• 关键词: 体節形成; 細胞移動; 同期現象; 数理モデル; 脊椎動物体節形成; 画像解析; 位相振動子; 同期

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。

In the past year, the process of vertebrate segment formation has been observed, and the study of cell movement, segment timing, and vibration has been carried out. Theory of the bottom line, cell group movement, segment timing and synchronization of the impact of the two The correlation between the direction of movement of adjacent cells and the synchronization of collective vibrations This year, the number of people who have died is increasing. The short distance correlation between the moving direction and the result of the information transmission between the cells promotes the synchronization. The short distance correlation is the spatial nonuniformity of the vibration phase. The results show that the migration of cells, the transmission of information between cells, the synchronization of gene development, and the biological significance of new genes The bottom line of the real world is to measure the temporal change in the average two-dimensional distance between cells for the purpose of quantifying the relative positional changes of cells in tissues during the past year. The nuclear movement in the cell is considered to be three-dimensional cell movement, construction, short-term time, average two-dimensional distance, vibration, movement of the cell nucleus, determination, long-term time, vibration, movement of the cell itself. 3-D cell movement in space, velocity, direction, and correlation length Presumably, the cell movement is affected by the simultaneous occurrence of vibration in the body segment. The result is that the cells move in parallel. In vivo, the degree of cell migration and the occurrence of genetic changes are unknown, and the present situation is analyzed mathematically.

项目成果

望月理論生物学研究室Webサイト

望月理论生物学实验室网站

Optimal cellular mobility for synchronization arising from the gradual recovery of intercellular interactions

由于细胞间相互作用的逐渐恢复而产生最佳的细胞同步移动性

• DOI: 10.1088/1478-3975/9/3/036006
• 发表时间: 2012
• 期刊: Physical Biology
• 影响因子: 2
• 作者: Koichiro Uriu;Saul Ares;Andrew C. Oates;Luis G. Morelli
• 通讯作者: Luis G. Morelli

脊椎動物発生における移動性結合振動子の理論

脊椎动物发育中的移动耦合振荡器理论

• 发表时间: 2013
• 作者: Koichiro Uriu;Saul Ares;Andrew C. Oates;Luis G. Morelli;瓜生 耕一郎;瓜生耕一郎
• 通讯作者: 瓜生耕一郎

脊椎動物体節形成における移動性結合振動子の数理モデリング

脊椎动物体节形成中移动耦合振荡器的数学模型

• 发表时间: 2013
• 作者: Koichiro Uriu;Saul Ares;Andrew C. Oates;Luis G. Morelli;瓜生 耕一郎
• 通讯作者: 瓜生 耕一郎

Dynamics of mobile coupled genetic oscillators

移动耦合遗传振荡器的动力学

• 发表时间: 2013
• 作者: Koichiro Uriu;Saul Ares;Andrew C. Oates;Luis G. Morelli;瓜生 耕一郎;瓜生耕一郎;瓜生 耕一郎
• 通讯作者: 瓜生 耕一郎