场の変化を読みとる粘菌アメーバの巧みなコミュ力 倍変化検出型の応答とその役割を発见
粘菌细胞の细胞间シグナリングのイメージ図
细胞は细胞外にシグナル分子を分泌し、细胞间コミュニケーションを行うが、情报伝达を媒介するシグナル分子の浓度は细胞密度などの环境要因に强く依存してしまう。粘菌细胞は刺激强度の変化の比に対して応答する。この特性によって细胞密度に依存せずに细胞间コミュニケーションが确立する。
© 2017 神野圭太、澤井哲
东京大学大学院総合文化研究科の泽井哲准教授らの研究グループは、细胞性粘菌キイロタマホコリカビの集合过程で行われる细胞间コミュニケーションにおいて、个々の细胞が、诱引シグナル分子浓度の絶対値ではなく、浓度の「変化の比」に対して応答していること（「倍変化検出」）、これによって幅広い细胞密度において细胞间コミュニケーションが実现されることを明らかにしました。この発见は、感染や免疫反応、発生など、细胞外シグナル分子浓度が不确定になりやすい状况において、いかに再现性よく顽健に细胞间コミュニケーションが実现されるかの基础的理解に寄与することが期待されます。
生物では多くの场合、多少の环境の変化に动じることなく増殖や発生が进行します。これは「顽健さ」と呼ばれ、非生物や人工物には见られない生物らしい特徴の一つです。
今回研究グループは、社会性アメーバと呼ばれる细胞性粘菌が、なぜ、细胞数密度が违う条件下でも细胞间でコミュニケーションをとり続けることができるのか、という问いに取り组みました。
30年前にブリュッセル自由大学のアルベルト?ゴールドベーター教授らによって提唱された标準理论によると、细胞间コミュニケーションは狭い细胞数密度でのみ确立されるはずです。これは、実际の振る舞いとの大きな矛盾だったのです。
细胞组织レベルの机能の背后には、细胞间コミュニケーションが重要な働きを担っています。细胞はシグナル分子を细胞外に分泌し、これを受け取った他の细胞が、さらにシグナル分子を放出、あるいは分解するなどして、细胞集団の协调的な运动や、分业などを行います。こうしたコミュニケーションが円滑に行われるためには、电话线のようにしっかりとした通信媒体が理想的のように思われます。ところが细胞间コミュニケーションの多くでは、细胞外の液体中を自由に漂うシグナル分子が用いられるため、环境（细胞の密度等）の変化によってその浓度が大きく変わってしまいます。このような状况であっても、安定したコミュニケーションがいかにして达成できるのか、これまでよくわかっていませんでした。研究グループは蛍光顕微镜による细胞応答の定量的测定から、「倍変化検出」型の応答特性を明らかにしました。これは、刺激の大きさ1から2への変化と2から4への変化（ともに2倍変化、ただし「変化の差」は异なる）が同一の応答を引き起こすということです。この性质があると、细胞密度が変わっても集団の振る舞いが変わらないことを理论的解析から导き出しました。「変化の比」に対する応答は、ヒトの五感においても重要であることからも、今回の结果は、阶层や种を问わない生物の普遍的な情报処理特性を示唆しています。
「数学／物理と生物の両方に兴味と才能を持った大学院生の神野圭太、近藤洋平ら共着者と出会えたのは幸运でした。数万匹の细胞がコミュニケーションの结果作り出す时间的、空间的パターンは、一见决して単纯に见えませんが、実験データが意味する非常にシンプルな数学的原理との関係が导き出されます」と泽井准教授は话します。「细胞间コミュニケーションの研究はまだ少なく、定量的な分析がなされた例は极めて稀です。今回の発见が、近隣の分野の研究を刺激して、细胞间コミュニケーションに隠れている普遍性の理解へと発展することを期待しています」と続けます。
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论文情报
, "Fold-change detection and scale invariance of cell-cell signaling in social amoeba", Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA Online Edition: 2017/05/10 (Japan time), doi:10.1073/pnas.1702181114.
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