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血管の形をつくる細胞メカニズムを解明!

血管の形をつくる細胞メカニズムを解明
− 生き物の形態が2次元・3次元で秩序よくつくられるしくみを実証 −

 熊本大学 大学院生命科学研究部 循環器内科学/熊本大学 国際先端医学研究機構の西山功一特任講師/主任研究員、東京大学 大学院医学系研究科 代謝生理化学の栗原裕基教授、杉原圭学部生(現東京大学附属病院臨床研修医)らの研究グループは、血管新生※1において血管が伸長する際の血管内皮細胞※2運動を制御するしくみを、生物学と数理モデル※3・コンピュータシミュレーションを融合させた先端的な研究手法により明らかにしました。

 生物は、最小の機能単位である細胞が寄り集まった多細胞体です。しかし、細胞の集まりが、組織や器官といった秩序ある形態や構造をつくり機能するしくみはほとんど分かっていません。中でも血管は、体中の全組織に十分な酸素や栄養源を効率よく供給するため、組織や組織の間に入り込み、血管外の環境との相互作用により、巧妙な枝分かれ構造をとっています。これまでに本研究グループは、新しく血管がつくられる(血管新生)際の細胞の動きに着目し、特に血管内皮細胞の動きをリアルタイムで可視化し、定量的に捉えることを可能にしてきました。
 今回さらに、血管の伸長を制御するしくみについて、細胞が自発的に自らを制御して動く過程(自律的過程)と、隣接した細胞から適宜影響を受けて動く過程(協調的過程)がうまく共存することで、全体の動きが巧みに統制されていることを世界に先駆けて実証しました。興味深いことに、血管内皮細胞が前後したり、お互いに追い抜きあったりという血管新生で見られる複雑な細胞集団の動きを制御している中枢部分は、細胞一つ一つの動き(スピードと方向性)の「確率的な変化」として十分説明できることをコンピュータシミュレーションで実証しました。対して、血管の伸長に重要な先端細胞※4の動きは、一つ一つの細胞の確率的な動きのみでは十分説明できず、後続の茎細胞※5との相互作用により、より厳密に制御されていることも新しく分かってきました。
 本研究の成果は、血管の形態形成のみならず、さまざまな組織の形態形成における多細胞運動を支える共通原理として広く普及することが期待されます。

 本研究成果は、科学雑誌「Cell Reports」オンライン版で米国時間の2015年11月19日(木)正午【日本時間の11月20日(金)午前2時】に公開されました。
 本研究は、主に文部科学省科学研究費補助金・新学術領域研究「動く細胞と場のクロストークによる秩序の生成」、科学技術振興機構・戦略的創造研究推進事業(CREST)「生命動態の理解と制御のための基盤技術の創出」、文部科学省グローバルCOEプログラム「生体シグナルを基盤とする統合生命学」、文部科学省生命動態システム科学推進拠点事業「転写の機構解明のための動態システム生物医学数理解析拠点」の支援を受けて行われました。また、東京大学、熊本大学、国立循環器病研究センター、名古屋市立大学、広島大学、ドレスデン工科大学との共同で行ったものです。

【用語解説】
※1 血管新生:
血管が新しくつくられる様式。既に存在する血管から伸び出るように血管が増生する。個体がつくられる発生時期とともに、発生後も炎症、虚血性心臓病、腫瘍などさまざまな病態で生じ重要な治療標的とも考えられている。
※2 血管内皮細胞:
血管の内腔の一面を覆っている、血管を構成する主要な細胞の一つ。この細胞のみで血管の構造をつくることができる。
※3 数理モデル:
現実の世界のさまざまな現象を、その本質的な理解のために方程式などで数学的に記述したもの。
※4 先端細胞:
新生される血管の先端に位置する細胞のこと。他の細胞とは違う特徴的な細胞形状を示し、これまでは特別な細胞であろうと想定されていた。
※5 茎細胞:
血管新生の際において、先端細胞に続いて存在する血管内皮細胞のこと。

【論文名】
Autonomy and non-autonomy of angiogenic cell movements revealed by experiment-driven mathematical modeling

【著者名】(*筆頭著者、∗∗責任著者)
Kei Sugihara∗, Koichi Nishiyama∗,∗∗, Shigetomo Fukuhara, Akiyoshi Uemura, Satoshi Arima, Ryo Kobayashi, Alvaro Köhn-Luque, Naoki Mochizuki, Toshio Suda, Hisao Ogawa and Hiroki Kurihara

【掲載雑誌】 
Cell Reports

【詳細】プレスリリース本文(PDF 747KB)

お問い合わせ
熊本大学大学院生命科学研究部・循環器内科学/熊本大学国際先端医学研究機構
担当:特任講師/主任研究員 西山 功一
電話:096-373-6876
E-mail:nkanako※kumamoto-u.ac.jp
(※を@に置き換えてください)

 

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