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ショウジョウバエ視覚中枢をモデルとした組織発生と腫瘍形成機構の理解

研究代表者 
八杉 徹雄
金沢大学 新学術創成研究機構 革新的統合バイオ研究コア 数理神経科学ユニット
http://ridb.kanazawa-u.ac.jp/public/detail.php?id=4475

これまでの研究概要と新学術での研究計画

組織の発生、恒常性維持において、未分化細胞の増殖と分化は様々なシグナル伝達経路の相互作用によって厳密に制御され、種々の分化細胞が産生される。このダイバーシティーの破綻は、疾患の発症と密接に結びつく。例えば、未分化細胞の過剰増殖は組織の腫瘍化を引き起こし、早期の分化は変性疾患を生じる。これまで、様々な組織発生および腫瘍形成モデルにおいて、未分化細胞の挙動を制御する個々のシグナル経路の動作機構の理解が進んできたが、生物学的アプローチのみでは細胞間相互作用を含む複雑なシグナル間相互作用を正確に記述することは困難であり、全体像の理解には程遠い。そこで、複数シグナル経路の挙動をシステムとして理解するために、数理生物学的アプローチが必要になる。 
本研究では、複数シグナル経路の相互作用を包括的に理解するモデルとして、ショウジョウバエ視覚中枢の発生に着目する。視覚中枢の発生では、未分化な神経上皮細胞から神経幹細胞への分化は方向性をもって進行する(「分化の波」)。「分化の波」の進行ではEGF、Notch、JAK/STATなど複数のシグナル経路が協調して作用し、分化タイミングを規定する。「分化の波」の進行は1.発生現象が時空間的に制御された中で進行する、2.進化的に保存されたシグナル経路の相互フィードバックによって分化パターンが制御される、ことから、数理生物学的アプローチを用いた解析を生体内で検証するための優れたモデルであると考えられる。
本研究では、視覚中枢をモデルとし、実験生物学的手法と数理生物学的手法を組み合わせることで、複数シグナル経路の相互作用の全体像を明らかにし、組織の発生と腫瘍形成機構の包括的な理解を目指す。まず、時空間的に変化する視覚中枢の発生を定量的に理解するために、ライブイメージングにより定量的実験データを取得する。同時に、遺伝学的、生化学的手法を用いて細胞間相互作用を含む複数シグナル経路の個別の相互作用を明らかにする。次に、複雑な相互作用を包括的に理解するための数理モデルを構築する。さらに、数理モデルの予測を実験生物学に還元し再評価することにより、組織発生と腫瘍形成における複数シグナルの挙動を明らかにする。

参考文献

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