細胞内にチューリングパターンは形成可能か？

是否有可能在细胞中形成图灵模式？

基本信息

批准号：
22K19299
负责人：
藤原慶
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

化学反応と分子拡散の共役(反応拡散共役)によって出現するチューリングパターン(TPs)は、動物の縞模様のように細胞間相互作用で出現する現象を説明可能だが、最新研究において細胞内の分子配置にも重要である証拠が集まってきている。もし細胞の分子配置をTPsが決めていることが証明されれば、分子配置メカニズムにおける生命科学の視点は大きく転換する。そこで本研究では、人工細胞内再構成系と精製された要素を利用し、細胞サイズの空間でTPsが形成可能な条件を解明することを目的としている。本研究に関連するものとして、バクテリアの細胞分裂面を決定するタンパク質の極間振動波であるMin波が存在するが、Min波とTPsの違いは、動的な変化を示すか、静的な構造であるかの違いである。そこで、Min波の動的な振る舞いは阻害因子(MinE)が活性化因子(MinD)と局在を共にすることに由来することに着目し、この両者が共存できない条件を創ることでMin波を静的にすることを試みた。具体的には、細胞骨格タンパク質であるFtsZをMinEと結合させ、MinEとMinDの局在を別にする条件を探索した。結果、反応速度と分子拡散の速度を調節することで、MinEとMinDが分離し、MinDが周期的なスポットパターンとして出現する条件を発見した。静的な周期パターンであり、ATPを利用した非平衡性を持ち、FRAP法のような局所刺激による外乱に対する自己修復機能の持つこと、融合によりスポット形状の再編成が生じることからTPsであると結論づけた。現在は理論研究者との共同研究を開し、このパターンが発生するメカニズムの解明とTPsであることの正確な論証を行うことを検討している。また、細胞内でのチューリングパターン形成法として本成果をまとめた論文を執筆中である。

通过化学反应和分子扩散（反应扩散结合）结合出现的图灵模式（TPS）可以解释细胞 - 细胞相互作用中发生的现象，例如动物条纹，但最新的研究收集了证据表明，它对于分子在细胞中的放置也很重要。如果证明TPS确定细胞的分子排列，那么分子排列机制中生命科学的观点将是一个主要的转变。因此，本研究旨在通过使用人工细胞内重建系统和纯化元素来阐明在细胞大小空间中可以形成TP的条件。与这项研究有关，最小波是蛋白质的近极振荡波，这些蛋白质决定细菌的细胞分裂表面，但是最小波和TPS之间的差异是它们是否表现出动态变化还是静态结构。因此，我们集中于以下事实：最小波的动态行为来自以下事实：抑制剂（mine）与激活剂（思维）定位，并试图通过创建一个无法共存的条件来使最小波静态。具体而言，细胞骨架蛋白FTSZ与矿山结合，并搜索了我的思想定位的条件。结果，我们发现了通过调整反应速率和分子扩散速率，矿山和思维作为周期性点模式出现的条件。得出的结论是，它是一种静态的周期性模式，使用ATP使用非平衡模式，并且具有自我修复功能，可以防止由局部刺激（例如FRAP方法）引起的干扰，并且由于融合而发生了斑点形状的重组。当前，我们正在与理论研究人员开放协作研究，以探讨这种模式发生的机制并提供有关TPS的准确论证。他目前还在撰写一篇论文，总结了这项研究的结果，以此作为形成细胞内图材模式的一种方法。