組織維持を担う細胞群個体群動態の理解と定量的データ解析

了解负责组织维护和定量数据分析的细胞群的群体动态

基本信息

批准号：
19J12319
负责人：
岩波翔也
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

造血幹細胞の分化モデルを解明することは、造血のバランスの崩れに由来する疾患への理解を加速させると期待できる。構築した数理モデルを用いて、各細胞集団の分化率や自己複製率、死亡率などのモデル中のパラメータの値を推定した。このとき、移植されたマウスごとの個体差を考慮し、非線形混合効果モデルの手法を取り入れ、確率近似期待値最大化（stochastic approximation expectation maximization, SAEM）アルゴリズムによって集団が持つパラメータの値を推定し、経験的ベイズ推定量によって表される各個体のパラメータ分布の最頻値を得ることができた。この定量的データ解析の結果、骨髄球のみを産生する経路が骨髄球産生に大きく寄与し、かつ、老化に伴って骨髄球産生が多くなることを示した。この結果は、これまでに報告されているミエロイドシフト（血球の産生が骨髄球に偏ること）を初めて定量的に示したものである。骨組織は骨形成を行う骨芽細胞と骨吸収を行う破骨細胞が相互に作用し合うことで維持される。２つの細胞群の相互作用が加齢や重力変化などの摂動によってどのように変化するかを解明することで、骨関連疾患の予測と予防が実現できると期待できる。骨代謝を骨芽細胞数と破骨細胞数から計算される再生方程式として、骨量の経年変化を記述する数理モデルを構築した。このモデルを用いて、マウスで計測した５２週にわたる骨代謝マーカーの変動と、人工的に重力をかけられたマウスで取得したデータを同時に解析し、骨量変動を説明し予測することに成功した。この結果は、初めて加齢と重力変化によって変わる骨量を理論的・定量的に記述することに成功したものである。以上の２つの組織の変化を記述する数理モデル研究によって、細胞群の動態から組織の変化を記述・予測する定量的なデータ解析の枠組みが整ったと言える。

阐明造血干细胞的分化模型有望加速我们对造血失衡引起的疾病的认识。利用构建的数学模型，我们估计了模型中参数的值，例如每个细胞群体的分化率、自我更新率和死亡率。此时，考虑到每只移植小鼠之间的个体差异，我们采用了非线性混合效应模型方法，并使用随机近似期望最大化（SAEM）算法来估计群体的参数值。获得经验贝叶斯估计量表达的每个个体的参数分布众数。该定量数据分析的结果表明，仅产生骨髓细胞的途径对骨髓细胞的产生有很大贡献，并且骨髓细胞的产生随着年龄的增长而增加。这一结果是先前报道的骨髓转移（血细胞的产生偏向于骨髓细胞）的首次定量证明。骨组织是通过形成骨的成骨细胞和吸收骨的破骨细胞之间的相互作用来维持的。通过阐明两个细胞群之间的相互作用如何因衰老和重力变化等扰动而变化，预计可以预测和预防与骨相关的疾病。使用骨代谢作为根据成骨细胞和破骨细胞数量计算的再生方程，构建了一个数学模型来描述骨量的长期变化。利用该模型，他们同时分析了 52 周内测量的小鼠骨代谢标志物的变化以及在人工重力作用下获得的数据，并成功解释和预测了骨量的变化。这一结果首次成功地从理论上定量地描述了由于衰老和重力变化而导致的骨量变化。通过对描述上述两类组织变化的数学模型的研究，可以说已经建立了一个定量数据分析的框架，可以从细胞群的动态来描述和预测组织的变化。

项目成果

期刊论文数量（4）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

造血幹細胞分化における骨髄球バイパスの機能

骨髓旁路在造血干细胞分化中的作用

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
S. Iwanami;K. Kitagawa;H. Ohashi;Y. Asai;K. Shionoya;W. Saso;K. Nishioka;H. Inaba;S. Nakaoka;T. Wakita;O. Diekmann;S. Iwami and K. Watashi;岩波翔也
通讯作者：
岩波翔也

Should a viral genome stay in the host cell or leave? A quantitative dynamics study of how hepatitis C virus deals with this dilemma