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。

可以期望阐明造血干细胞的分化模型加速我们对造血剂失衡导致的疾病的理解。使用构造的数学模型，估计了模型中参数的值，例如分化速率，自我复制和每个细胞群体的死亡率。此时，考虑了植入小鼠之间的个体差异，采用了非线性混合效应模型方法，并使用了使用随机近似期望最大化（SAEM）算法估算了人群所持参数的值，并通过经验性贝叶斯估计器表示，每个个体的参数分布的模式值都得到了。该定量数据分析表明，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衰老而增加。该结果是先前报道的髓样移位的第一个定量示例（血细胞产生对骨髓细胞的偏差）。骨组织通过产生骨骼和破骨细胞吸收的骨细胞的相互作用来维持。通过阐明两个细胞组之间的相互作用如何由于衰老和重力变化等扰动引起的变化，可以预期可以实现与骨相关疾病的预测和预防。构建了一个数学模型，以描述骨骼质量的年龄为从成骨细胞数量和破骨细胞数量计算的再生方程。使用该模型，我们同时分析了在52周内在小鼠中测量的骨代谢标记的变化以及人为重力小鼠中获得的数据，并成功解释并预测了骨质量的波动。该结果是骨骼质量的第一个成功的理论和定量描述，该理论因年龄和重力变化而变化。描述上述两个组织中变化的数学模型研究已建立了一个定量数据分析的框架，该框架描述并预测了细胞组动力学的组织变化。

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

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