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線虫の咽頭筋細胞の数理モデリングと細胞活動シミュレーション

Modeling and simulation of cell activities of pharyngeal cells in $textit{Caenorhabditis elegans}$

服部 佑哉; 鈴木 芳代; 曽 智*; 小林 泰彦; 辻 敏夫*

Hattori, Yuya; Suzuki, Michiyo; Soh, Zu*; Kobayashi, Yasuhiko; Tsuji, Toshio*

本研究では、線虫の咽頭筋の数理モデルを構築し、細胞活動シミュレーションにより、エサの咀嚼・嚥下を担う咽頭筋の高速な収縮・弛緩運動であるポンピング運動の生成・制御における各筋細胞の役割を調べる手法を提案する。提案モデルでは、咽頭筋細胞の内部電位をFitzHugh-Nagumo方程式を用いてそれぞれ細胞モデルとして表現し、全29個の細胞モデルを実際の細胞間接続構造に基づいて接続した。本モデルは、実験的手法では計測困難な全咽頭筋細胞の内部電位をシミュレートでき、全細胞モデルの内部電位から咽頭筋電位を算出できるため、シミュレーション結果を実測データと比較可能である。まず、野生型線虫の咽頭筋電位をシミュレートした結果、実測値をよく再現していることを確認した。次に、特定のギャップ結合の機能異常により運動リズムに異常がある突然変異体に着目し、本モデルの当該結合の機能を仮想的に変化させてシミュレーションを行った結果、実生物同様のリズムの乱れが確認できた。本研究の突然変異体シミュレーションの手法を応用することで、咽頭の個々の筋細胞及びギャップ結合がポンピング運動の生成・制御に果たす役割を予測できるため、提案法は実測不可能な単一細胞レベルの活動を調べるためのツールとして有効である。

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