シグナル伝達ダイナミクスの一細胞計測と数理解析による細胞応答決定メカニズムの解明

通过单细胞测量和信号转导动力学的数学分析阐明细胞反应决定机制

基本信息

批准号：
19J11040
负责人：
吉澤亮
金额：
$ 1.09万
依托单位：
The University of Tokyo
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

本研究は、細胞内におけるERRB/HERシグナル伝達ネットワークを時空間的に解析することで、ネットワーク内のシグナル伝達タンパク質の関係性を明らかにすることを目的とした。その中でも主要な経路であるRAS/MAPK、PI3K/AKT経路に着目して、それぞれの上流タンパク質(SHC、GRB2、PI3K)、下流タンパク質 (ERK、AKT)を細胞内で時空間的に計測して関係性を調べた。本年度はMAPK/ERK経路とPI3K/AKT経路のタンパク質の経時計測を行い得られたシグナル伝達の時系列データを用いて、どのようにこれらのタンパク質がそれぞれのシグナル伝達ダイナミクスになるのかについて調べ、さらにそれらが細胞応答に与える影響について明らかにした。様々な条件におけるダイナミクスの計測実験から、SHCとERKのダイナミクスには相関関係が見られたが、GRB2とERKのダイナミクスの間には見られなかった。よってSHCの持続的な膜局在化はGRB2シグナル非依存的にERKの持続的な活性化に影響を与えていること考えられた。さらにSHCはPI3Kの活性化にも影響を与えており、そのPI3Kのキナーゼ活性がERKの持続的な活性化に重要な役割を果たしていることが明らかになった。以上のことから、分化シグナル中におけるRAS/MAPK、PI3K/AKT経路ではそれぞれのタンパク質が固有のシグナル伝達ダイナミクスを示し、細胞に非冗長的な機能をもたらすことが明らかになった。また上流タンパク質間(SHC-GRB2、SHC-PI3K)の相互作用によって下流シグナルの応答量、持続性に影響を与えることが明らかになった。さらにはこれらの反応は細胞応答決定に影響を与え得るものであり、特にSHCのダイナミクス変化は細胞応答決定のバイアスに影響を与え得る重要な役割を持つことが示唆された。

本研究的目的是通过时空分析细胞内的 ERRB/HER 信号网络来阐明网络内信号蛋白之间的关系。其中，我们重点关注了主要途径RAS/MAPK和PI3K/AKT，并在细胞内时空上测量了它们各自的上游蛋白（SHC、GRB2、PI3K）和下游蛋白（ERK、AKT）。关系。今年，我们将利用通过测量 MAPK/ERK 和 PI3K/AKT 通路中的蛋白质获得的信号转导时间序列数据来研究这些蛋白质如何发展各自的信号转导动力学，并阐明它们对细胞反应的影响。在各种条件下测量动力学的实验揭示了 SHC 和 ERK 的动力学之间存在相关性，但 GRB2 和 ERK 的动力学之间没有相关性。因此，SHC的持续膜定位被认为以GRB2信号无关的方式影响ERK的持续激活。此外，研究表明SHC还影响PI3K的激活，并且PI3K的激酶活性在ERK的持续激活中起着重要作用。由上可知，分化信号期间RAS/MAPK和PI3K/AKT通路中的每种蛋白都表现出独特的信号转导动力学，并为细胞提供非冗余的功能。研究还表明，上游蛋白（SHC-GRB2、SHC-PI3K）之间的相互作用会影响下游信号的响应水平和持续性。此外，这些反应可以影响细胞反应的确定，特别是，SHC动力学的变化被认为在影响细胞反应确定的偏差中发挥重要作用。