一細胞顕微操作系を援用した多細胞性シアノバクテリアの形態形成原理の解明

使用单细胞显微操作系统阐明多细胞蓝细菌的形态发生原理

• 批准号: 11J06592
• 负责人: 石原 潤一
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Waseda University
• 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-11J06592/
• 关键词: 多細胞性シアノバクテリア; パターン形成; 数理モデル; ラマン散乱分光; 糸状性シアノバクテリア; ヘテロシスト分化パターン; セルオートマトン; cell age; マルコフ過程; 細胞系譜; CAモデル

私がモデル生物に使用する糸状性シアノバクテリアは、光合成を行う栄養細胞を1次元状に連ねることで多細胞体制をとり、培地から窒素化合物を除去すると、窒素固定を行うヘテロシスト細胞をほぼ10細胞ごとに分化させる(ヘテロシスト分化パターン)。細胞レベルで観察される分裂・分化ダイナミクスや細胞間相互作用により、どのようにヘテロシスト分化パターンが形成・維持されるか解明するため、数理モデルと顕微鏡観察結果とのフィードバックを繰り返す。最終的に、形態形成現象を普遍的に理解するための新規数理モデルの作製を目指す。今年度は、第1～2年度に行った研究を論文化する準備を行った。その過程で、ヘテロシスト分化パターン形成の初期と後期段階では、分化が細胞の成熟に非依存/依存して起こることを厳密な統計解析から示した。これらの現象は、分化促進遺伝子の発現プロファイルからも示唆され、私たちの作製した数理モデルの妥当性を強く主張する結果となった。また、分化パターンが維持されるために、ヘテロシストによる側方抑制が最も影響することを理論的に示し、他のグループから報告されている変異体の表現型を再現することにも成功した。さらに、第2年度から始めた「ラマン散乱分光計測による分化パターン形成ダイナミクスの解析」を論文発表した。栄養細胞特異的に発現するラマンバンド成分を解析することで、一度分化しかけた細胞はその履歴を残さないことを明らかにし、細胞間相互作用を介してヘテロシスト分化が調節的に決定されることを示した。これらの解析結果は、数理モデルを作製するうえで仮定したことを現象的に支持することとなった。

我在模型生物中使用的丝状蓝细菌通过连接在一个维度上进行光合作用的营养细胞形成多细胞系统，当从培养基中除去氮化合物时，执行氮固定的杂环细胞几乎是每10个细胞（杂粒分化模式）。为了阐明如何通过观察到的分化动力学和细胞级别的分化动力学和细胞 - 细胞相互作用来形成和维持杂环分化模式，在数学模型和微观观察结果之间重复反馈。最终，我们旨在创建一个新的数学模型，以提供对形态发生现象的普遍理解。今年，我们准备讨论第一年和第二年的研究。在此过程中，严格的统计分析表明，分化发生在杂环分化模式形成的早期和晚期以非稳态/依赖性细胞成熟方式发生。这些现象也通过促进分化基因的表达谱提出，并引起了我们创建的数学模型的有效性的强烈主张。从理论上讲，我们还证明，杂环横向抑制具有最大的作用，以维持分化模式，并成功地再现了其他组报告的突变表型。此外，他发表了一篇关于“使用拉曼散射光谱测量分析模式形成动力学分析的论文”，他在2017财年开始。通过分析在植物细胞中专门表达的拉曼带组件，我们透露，一旦分化的细胞就不会留下其细胞的史细胞，表明了它们的细胞分化，可以通过细胞互动来确定细胞的相互作用。这些分析为数学模型的制造中假定的现象学支持提供了现象学支持。

项目成果

タイムラプス観察に基づく多細胞性シアノバクテリアのヘテロシスト分化パターン解析

基于延时观察的多细胞蓝藻异囊分化模式分析

• 发表时间: 2011
• 作者: 大塚琢馬;ら;Ryo Nakanishi;Paola Ayala;河崎直也;中西亮;村上昌平;中西亮;石原潤一
• 通讯作者: 石原潤一