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ショウジョウバエ視覚中枢をモデルとした数理予測の実証

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

研究概要

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る。この細胞社会ダイバーシティーを制御するシグナル経路の働きの解明は、組織発生や恒常性維持機構の理解に必須なだけでなく、その破綻に起因する種々の疾患の治療への応用も期待できる。しかし、多細胞システムにおいて時空間情報を含む未分化細胞の挙動を正確に記述することは難しい。そこで、多細胞間及び多経路間の相互作用の変化を解析する数理モデルの構築と、数理モデルの予測の生体内での実証が必要となる。 
本研究計画では、数理モデルによる予測を実証する生物モデルとして、未分化細胞の増殖と分化が時空間的に制御された中で発生するショウジョウバエ視覚中枢に着目する(図参照)。視覚中枢の発生では、初期に未分化な神経上皮細胞(NE)が増殖し、後期にNEは神経幹細胞(NB)へと分化する。我々は、NEからNBへの分化が一定の方向性をもって進行する「分化の波」(Proneural Wave)現象を発見した。次に、数理生物学的手法と実験生物学的手法の融合により、分化の波の進行を制御するEGF、Notch、JAK/STATシグナルの作用機序とシグナル間相互作用を明らかにした。現在、「分化の波」の伝播を記述する数理モデルを改変することにより、細胞増殖や三次元化の要素を取り入れ、未分化細胞の「増殖」と「分化」をより正確に記述する手法を開発している。
本研究計画では、組織の発生と腫瘍形成機構を理解するモデルとして、Hippoシグナルとその下流因子の働きに着目する。Hippoシグナルの不活性化はNEの過剰増殖とNBの分化遅延を引き起こし、組織が腫瘍化する。未分化細胞の挙動の時空間パターンを記述する数理モデルの構築と、数値シミュレーションから得られる予測の生体内での実証により、組織発生と腫瘍形成機構の包括的な理解を目指す。

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参考文献

  1. *Sato M, Yasugi T. Regulation of Proneural Wave Propagation Through a Combination of Notch-Mediated Lateral Inhibition and EGF-Mediated Reaction Diffusion.
    Advances in Experimental Medicine and Biology 1218 77-91, 2020. PubMed ID: 32060872
  2. #Tanaka Y, #Yasugi T, Nagayama M, *Sato M, *Ei S.-I. JAK/STAT guarantees robust neural stem cell differentiation by shutting off biological noise.
    Scientific Reports 8(1) 12484, 2018. PubMed ID: 30127451 #equal contribution
  3. Yasugi T, Yamada T, *Nishimura T. Adaptation to dietary conditions by trehalose metabolism in Drosophila.
    Scientific Reports 7(1) 1619, 2017. PubMed ID: 28487555
  4. *#Sato M, #Yasugi T, Minami Y, Miura T, Nagayama M. Notch-mediated lateral inhibition regulates proneural wave propagation when combined with EGF-mediated reaction diffusion.
    Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 113(35) E5153-62, 2016. PubMed ID: 27535937 #equal contribution
  5. *Yasugi T, *Nishimura T. Temporal regulation of the generation of neuronal diversity in Drosophila.
    Development Growth and Differentiation 58 (1) 73-87, 2016. Review, Pubmed ID: 26690868
  6. Kawamori K, Tai M, Sato M, Yasugi T, *Tabata T. The Fat/Hippo pathway regulates the progress of neural differentiation signaling in the Drosophila optic lobe.
    Development Growth and Differentiation 53(5) 653-67, 2011. PubMed ID: 21671914
  7. Yasugi T, Sugie A, Umetsu D, *Tabata T. (2010) Coordinated sequential action of EGFR and Notch signaling pathways regulates proneural wave progression in the Drosophila optic lobe.
    Development 137 (19) 3193-203, 2010. PubMed ID: 20724446
  8. Yasugi T, Umetsu D, Murakami S, Sato M, and *Tabata, T. Drosophila optic lobe neuroblasts triggered by a wave of proneural gene expression that is negatively regulated by JAK/STAT.
    Development 135(8) 1471-1480, 2008., PubMed ID: 18339672

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