共同研究・競争的資金等の研究課題

2013年4月 - 2015年3月

力学-生化学連成から創発する形態形成ダイナミクスの数理モデリング

日本学術振興会  科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型)
  • 井上 康博

課題番号
25127707
配分額
(総額)
8,710,000円
(直接経費)
6,700,000円
(間接経費)
2,010,000円

本課題では、形態形成における階層を超えた秩序形成ロジックを理解するために、力学-生化学連成に着目し、形態形成素過程における力学的、生化学的な場の形成素過程と分子・細胞動態との相互作用、そこから創発する組織階層のダイナミックな形状変化との関連について解析する数理モデルの構築を目指している。本年度は、前年度に構築した数理モデルを用いて、一成分化学シグナル系における力学-生化学連成の解析を進め、国際査読論文誌に発表を行うとともに、本数理モデルの適用対象を、さらに複雑な化学因子の発現パターンを伴う組織形態変化に対応させるための数理的拡張を行った。細胞内の自己抑制型のシグナル経路および細胞間のリガンド・レセプター結合を数理モデル化し、化学シグナルを介した細胞間コミュニケーションを考慮した。これにより、シグナルにトリガーされた細胞増殖によって、組織のローカルな場に力の集積が生じることから、組織形状が変化し、また、組織形状の変化によって、細胞間コミュニケーションが変化する、一連のフィードバックループ(力学-生化学連成)をシミュレーションによって解析することが可能となった。組織形状に応じた細胞内のシグナル変化が生じるメカニズムの一端として、細胞形状が重要であることを明らかにした。次に、組織表面に現れる化学シグナルの空間的パターンから、立体形状が生まれるメカニズムについて、力学的に検討を行った。細胞が生み出す力として、頂端収縮力に着目し、頂端収縮する細胞が空間的パターンを呈する際の面外変形について、考察を行った。その結果、頂端収縮する細胞と収縮しない細胞が、どのような幾何学的配置関係にあるかということが面外変形(立体化)の場所と方向を決定している可能性が明らかになった。