共同研究・競争的資金等の研究課題

2011年4月 - 2013年3月

形態形成ダイナミクスのマルチスケールメカノバイオロジー解析手法の構築

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
23127506
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

本研究課題では、形態形成過程に見られる組織階層における多細胞間の協調によるダイナミクスと細胞階層の力場・細胞変形との関連、さらに細胞変形によって生じる分子階層の力学-生化学変換について、アクチン細胞骨格系の力学-生化学連成を中心に、階層間接続するマルチスケールメカノバイオロジーの解析手法の構築を目指している。本年度は、以下の成果を得た。
(1)分子スケール:アクチンフィラメントに対する張力負荷は、フィラメント内のアミノ酸残基の位置を一様に変化させるのではなく、特定のアミノ酸残基群からなる立体構造を変化させることがわかった。そのようなアミノ酸残基群には、張力感受的な相互作用変調が実験的に示唆されているタンパク質との結合ドメインが含まれていたことから、張力感受の分子実体に迫る重要な知見が得られたと考えられる。(2)分子集団・細胞スケール:アクチン-ミオシン間相互作用の張力感受性を数理モデル化し、1分子レベルの張力感受性から分子集団・細胞レベルの張力感受的な構造適応が生じる仕組をシミュレーションにより示した。分子から細胞に至る階層を超えた力感受のロジックに繋がる重要な成果である。(3)組織スケール:形態形成の多細胞動態を表すために前年度に構築した数理モデル(RNRモデル)を用いて、形態形成に必須の細胞活動である細胞増殖の数理モデルを構築した。構築したモデルによるシミュレーションから、細胞レベルの特性量である細胞分裂軸の変調が組織レベルの成長過程における形状変化に与える影響を解析することができるようになり、細胞から組織に至る組織形状構築に関するロジック抽出に必要不可欠のメカノバイオロジー手法を構築することに成功した。以上の成果を査読英文誌(4報)において発表した。