細胞性粘菌が示す集団運動の自発的な方向の非対称化、及びそれを用いた非対称構造形成

走化性を示さない変異株の細胞性粘菌が，飢餓状態下で細胞集団運動を示すことが発見されている．この集団運動では，細胞密度の高い領域が帯状領域としてあらわれ，その高密度領域が密度波のように二次元平面を進行する．この帯状集団運動は，例えば細胞集団の移動と密接に関係する多細胞生物の形態形成過程などにおいて，一般的な現象として観察されるものなのかという問題意識から注目されている．本課題では，この帯状集団運動の形成メカニズムを，定量的解析や数理モデルの構築などにより示す．まず，帯状集団運動を形成する細胞一つ一つの運動について解析を行った．その結果，帯構造内部の細胞の運動速度は，帯構造そのものの速度より遅いということが明らかになった．これは帯構造が，前端から取り込まれる細胞と，後端から排出される細胞とによって維持されていることを示している．次に帯状集団運動がどのように形成されるかについて調べた．密度の低い領域では，細胞同士が衝突し，その後，一方の細胞がもう一方の細胞に追従する相互作用が頻繁に観察される．そこで，この接触追従運動が帯状集団運動に関与しているのではないか，と考えた．接触追従運動に関与するタンパク質を発現しない変位株を用い，帯状集団運動を観察しようとしたところ，集団運動が形成されなかった．したがって，帯状集団運動は，細胞間における接触追従運動に起因するものであると結論付けた．また，上記の接触追従を取り入れた数理モデルを構築し，シミュレーションを行ったところ，実験で観察されたような帯状集団運動が形成された(東京大学との共同研究)．本課題では，帯状集団運動の形成メカニズムを定量的解析や数理モデルの構築などにより示した．接触追従運動は細胞性粘菌に限らず，他の哺乳類細胞においても観察されているため，今後，本研究成果が発生生物学など広い分野に貢献すると期待される．

走化性を示さない変異株の細胞性粘菌が，飢餓状態下で細胞集団運動を示すことが発見されている．この集団運動では，細胞密度の高い領域が帯状領域としてあらわれ，その高密度領域が密度波のように二次元平面を進行する．この帯状集団運動は，例えば細胞集団の移動と密接に関係する多細胞生物の形態形成過程などにおいて，一般的な現象として観察されるものなのかという問題意識から注目されている．本課題では，この帯状集団運動の形成メカニズムを，定量的解析や数理モデルの構築などにより示す．まず，帯状集団運動を形成する細胞一つ一つの運動について解析を行った．その結果，帯構造内部の細胞の運動速度は，帯構造そのものの速度より遅いということが明らかになった．これは帯構造が，前端から取り込まれる細胞と，後端から排出される細胞とによって維持されていることを示している．次に帯状集団運動がどのように形成されるかについて調べた．密度の低い領域では，細胞同士が衝突し，その後，一方の細胞がもう一方の細胞に追従する相互作用が頻繁に観察される．そこで，この接触追従運動が帯状集団運動に関与しているのではないか，と考えた．接触追従運動に関与するタンパク質を発現しない変位株を用い，帯状集団運動を観察しようとしたところ，集団運動が形成されなかった．したがって，帯状集団運動は，細胞間における接触追従運動に起因するものであると結論付けた．また，上記の接触追従を取り入れた数理モデルを構築し，シミュレーションを行ったところ，実験で観察されたような帯状集団運動が形成された(東京大学との共同研究)．本課題では，帯状集団運動の形成メカニズムを定量的解析や数理モデルの構築などにより示した．接触追従運動は細胞性粘菌に限らず，他の哺乳類細胞においても観察されているため，今後，本研究成果が発生生物学など広い分野に貢献すると期待される．