多細胞システムの動作原理に関する研究

多细胞系统工作原理研究

基本信息

批准号：
09J03889
负责人：
横山淳
金额：
$ 0.45万
依托单位：
Ritsumeikan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

1.背景我々の長期的な研究目標は,近年提案された第一原理手法である細胞動力学理論を人体の臓器器官に応用し,臓器の形態形成メカニズムや細胞の集団戦略を理論的に解明することである.特に,糖尿病との関連から実験的知見が豊富である膵臓細胞の組織形成をターゲットとする.その為にまず,細胞内エネルギーが一定に保たれるメカニズムを解明し,堅牢なエネルギー論に基づいたミトコンドリアのモデルを構築する.次に組織形成に向けた細胞間相互作用を担う情報伝達物資の,膵臓細胞における分泌・受容機構のモデル化を行う.2.結果(1)ミトコンドリアが細胞内ATP濃度を一定に保つメカニズムの有力な仮説のひとつであった"feedback control theory"は,激しく変わるATP需要に十分に耐えられないことが近年の理論研究から示されている.そこで我々はATP-ADP交換体の熱力学的平衡により細胞内ATP濃度が一定に保たれるという新しい仮設を提唱した.本仮説に基づいたモデルは,100倍以上変化するATP消費速度においてもATP濃度が一定に保たれ,かつミトコンドリア数の変動に対してもロバストであることが理論研究から認められた.本論文はJournal of Theoretical Biologyに投稿され,現在審査中である.(2)膵臓細胞の情報伝達物質の分泌・受容機構のモデル化として,フィックの法則を細胞膜の境界条件に応用した情報伝達物質分泌の新しい空間モデルを構築した.本モデルをテストケースとしてGnRH分泌細胞に応用したところ,情報伝達物質の拡散性が小さい方がより遠くまで情報を伝達できるという画期的な現象を発見した.これは拡散性が小さい程,分泌細胞の近くに情報伝達物質が滞留し,より細胞発火の閾値に近い状態を維持する為,僅かしか情報達物質が伝わらなくても細胞の発火を引き起こす為に起こる.本研究成果によりSociety for Mathematical Biologyからポスター賞が授与された.

1.背景我们的长期研究目标是将近年来提出的细胞动力学理论这一第一原理方法应用于人体器官，从理论上阐明器官形态发生机制和细胞群体策略，特别是针对人体器官的组织形成。胰腺细胞，由于其与糖尿病的关系，对其有丰富的实验知识。我们将阐明线粒体的产生机制，并构建基于稳健能量学的线粒体模型。接下来，我们将模拟负责组织形成的细胞间相互作用的胰腺细胞中的分泌和接收机制。结果 (1) “反馈”是线粒体维持细胞内 ATP 浓度恒定的机制的主要假设之一。最近的理论研究表明，“控制理论”不足以承受快速变化的 ATP 需求，因此，我们提出通过 ATP-ADP 交换器的热力学平衡可以保持细胞内 ATP 浓度恒定。基于这一假设的模型即使在 ATP 消耗率变化超过 100 倍的情况下也能保持恒定的 ATP 浓度，并且对线粒体数量的变化具有稳健性。理论它已提交给Biology，目前正在审查中。（2）为了模拟胰腺细胞中信息递质的分泌和接收机制，我们开发了一种新的信息递质分泌空间模型，该模型将菲克定律应用于细胞膜的边界条件。当将该模型应用到 GnRH 分泌细胞作为测试案例时，发现信息传递者的扩散。我们发现了一个划时代的现象，扩散率越小，信息可以传递的距离越远。这意味着扩散率越小，信息传递物质离分泌细胞越近，离细胞越近发生这种情况的原因是，即使是少量的信息传输物质也会导致细胞放电以维持能量。海报奖由数学生物学颁发。