生細胞イメージングによるＥＲＫ　ＭＡＰＫ経路におけるシグナル伝達動態の定量解析

使用活细胞成像定量分析 ERK MAPK 通路中的信号转导动力学

• 批准号: 14J03140
• 负责人: 新土 優樹
• 金额: $ 1.96万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research (2016)Osaka University (2014-2015)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J03140/
• 关键词: 細胞内情報伝達; 数理モデル; 生化学反応ネットワーク; モデル推定; EMアルゴリズム; パーティクルスムーザー; Lasso; 核移行; スイッチ応答; セミインタクトアッセイ; ヌクレオポリン; ERK; MAPK; EGF; PC12

本研究課題では、実験・理論・計算を複合的に用いた解析により、細胞の運命決定に重要なERK (extracellular signal-regulated kinase) 経路をはじめとする細胞内反応ネットワークの動態を詳細に特徴付けることを目的にしている。27年度までに，生細胞蛍光イメージングを中心とした実験的手法により、ERK経路における応答特性を詳細に解析した。28年度は、これまでに得られた実験データや数値シミュレーションデータを、理論・計算を中心とした手法により詳細に解析した。特に、生細胞蛍光イメージングによって取得可能な1細胞解像度の時系列データを想定し、そのダイナミクスから背後にある反応ネットワークを推定する解析手法の開発を行った。具体的には、パーティクルスムーザーとL1正則化の手法をEMアルゴリズムの枠組みに取り込んだ手法を開発した。その結果として、人工データを用いた解析から、本手法では2-3 nodeのネットワークの構造と反応パラメータをほぼ正しく推定できることを確認した。非線形な反応を扱える点、生化学反応ネットワークにおける正則化の方法を定式化した点が本研究の特徴である。

该研究主题旨在详细描述细胞内反应网络的动力学，包括ERK（细胞外信号调节激酶）途径，这对于细胞命运确定，通过分析实验，理论和计算很重要。到2015年，使用针对活细胞荧光成像的实验方法详细分析了ERK途径的响应特征。在2016财年中，使用关注理论和计算的方法对迄今为止获得的实验和数值模拟数据进行了详细分析。特别是，我们开发了一种分析方法，该方法在一个细胞分辨率下假设时间序列数据可以通过活细胞荧光成像获得，并从动力学中估算了基础反应网络。具体而言，我们开发了一种方法，该方法将粒子更光滑和L1正则化技术结合到EM算法的框架中。结果，我们证实了该方法几乎可以使用人工数据从分析中正确估计2-3节点网络的结构和反应参数。这项研究的特征在于其处理非线性反应和制定生化反应网络正则化的方法的能力。

项目成果

増殖因子刺激に対するswitch-likeなERKの核移行応答

ERK 对生长因子刺激的类似开关核易位反应

• 发表时间: 2016
• 作者: Y. Shindo;K. Iwamoto;K. Mouri;K. Hibino;M. Tomita;H. Kosako;Y. Sako and K. Takahashi.;新土優樹，小迫英尊，佐甲靖志，高橋恒一
• 通讯作者: 新土優樹，小迫英尊，佐甲靖志，高橋恒一

核膜孔複合体によるswitch-likeなERK応答の制御

核孔复合物对开关样 ERK 反应的控制

• 发表时间: 2016
• 作者: Y. Shindo;K. Iwamoto;K. Mouri;K. Hibino;M. Tomita;H. Kosako;Y. Sako and K. Takahashi.;新土優樹，小迫英尊，佐甲靖志，高橋恒一;新土優樹，小迫英尊，佐甲靖志，高橋恒一
• 通讯作者: 新土優樹，小迫英尊，佐甲靖志，高橋恒一

Conversion of graded phosphorylation into switch-like nuclear translocation via autoregulatory mechanisms in ERK signalling.

• DOI: 10.1038/ncomms10485
• 发表时间: 2016-01-20
• 期刊: Nature communications
• 影响因子: 16.6
• 作者: Shindo Y;Iwamoto K;Mouri K;Hibino K;Tomita M;Kosako H;Sako Y;Takahashi K
• 通讯作者: Takahashi K

PC12細胞におけるスイッチ的なERKの核移行応答

PC12细胞中ERK的类似开关核转位反应

• 发表时间: 2014
• 作者: Y. Shindo;K. Iwamoto;K. Mouri;K. Hibino;M. Tomita;H. Kosako;Y. Sako and K. Takahashi.;新土優樹，小迫英尊，佐甲靖志，高橋恒一;新土優樹，小迫英尊，佐甲靖志，高橋恒一;新土優樹，岩本一成，毛利一成，日比野佳代，冨田勝，小迫英尊，佐甲靖志，高橋恒一;新土優樹，岩本一成，毛利一成，日比野佳代，佐甲靖志，高橋恒一
• 通讯作者: 新土優樹，岩本一成，毛利一成，日比野佳代，佐甲靖志，高橋恒一

Analog-to-digital Conversion in the Cellular Signaling System

蜂窝信号系统中的模数转换

• DOI: 10.2142/biophys.56.334
• 发表时间: 2016
• 期刊: Seibutsu Butsuri
• 作者: Kazunari Iwamoto;Yuki Shindo;Koichi Takahashi;新土優樹，小迫英尊，佐甲靖志，高橋恒一
• 通讯作者: 新土優樹，小迫英尊，佐甲靖志，高橋恒一