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生体組織の構築と破綻を制御する分子機構の数理モデル解析

研究代表者
越川直彦
神奈川県立がんセンター臨床研究所・がん生物学部
http://kcch.kanagawa-pho.jp/kccri/index.html

研究分担者
室井 敦
神奈川県立がんセンター臨床研究所・がん生物学部
http://kcch.kanagawa-pho.jp/kccri/index.html

研究概要

RPPA(Reverse Phase Protein Array)は細胞や組織の抽出液をニトロセルロース膜に固相化し、特異的抗体を用いてタンパク質を定量的に評価できる系である。多数のサンプル、標的タンパク質に対する網羅的な解析が可能であり、再現よく簡便な多次元時系列解析を可能にする。また、検出感度がウエスタンブロットと比べ1000倍以上高いことから、RPPA解析の適用例が急速に増え注目されている。神奈川県立がんセンターではこれまでに、EGF刺激後の細胞における様々なシグナル伝達のRPPAを用いた定量化や、RPPAの病理診断への応用などに関わる研究を行ってきた。
我々は、RPPA解析の対象としてEMT(epithelial mesenchymal transition)に注目して研究を展開している。生体組織を構成する細胞は、極性を持ち規則正しく整列している上皮細胞と不規則な配置をしている間葉系細胞に大きく分類される。上皮細胞は管腔を形成し、消化等の生理機能に作用する。一方、間葉系細胞は上皮細胞の働きを支持することに加え、自身が様々な細胞に分化して個体形成に寄与する。発生過程において上皮間葉転換(EMT)と間葉上皮転換(mesenchymal epithelial transition: MET)は組織構築に必須であり、その破綻は、組織構築の阻害に留まらず、がん等の疾病の原因となる。これまでの多くの網羅的研究からEMTとMETに関与する遺伝子群がそれぞれ同定され、多くが共通していることを明らかにしているが、EMTとMETの統合的な理解には未だ至っていない。その原因の一つとして、時空間的情報の欠如が挙げられる。そのため本研究課題では、RPPAを用いて時空間的情報の取得を含む網羅的な解析を行い、得られたデータをもとに数理モデル解析を行うことで、EMT、METの統合的な理解を進めることを目的とする(下図)。マウス乳腺上皮細胞Eph4細胞にTGF-βを添加後、一定間隔でサンプリングし、RPPAによってEMT、METマーカーとして知られる各種タンパク質の定量的データを取得する。その後、数理モデルを構築することで、生体組織の構築と破綻を制御する分子機構の解明を試みる。同時に、TGF-βによって惹起されるシグナル伝達経路と EMTの形態学的変化を複合的に理解するため、形態観察も同時に行う。蛍光タンパク質を融合させたE-Cadherin、N-Cadherinを発現するEph4細胞を作成し、EMT誘導時の蛍光を観察する。形態観察から得られた画像を用いて各領域の特徴量となる量を抽出し、EMT 開始前後の微小変化の特徴を数理科学的に捉える方法を検討する。以上より、EMT,METを介した生体組織の構築と破綻の制御を理解し、細胞社会ダイバーシティーの統合的解明と制御を理解することを目指す。

参考文献

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