SaMPLセミナー案内

SaMPL (Saijo Seminar for Mathematical, Physical, and Life Sciences)

SaMPL（サンプル）セミナーは、数理生物学、生物物理学、生命科学分野の融合的交流を目的とし、それぞれの分野の３人のオーガナイザーが国内外の研究者を招くセミナーとして2017年4月に設立されました。本セミナー名は開催地である広島大学東広島キャンパスのある地名、西条（Saijo）を頭文字にしました。

演者には分野外の研究者にもわかりやすいように発表をお願いしていますので、異分野融合研究にご興味のある方は是非ご参加頂き、本セミナーを盛り上げて頂ければ幸いです。

皆様のご参加をお待ちしております。

オーガナイザー：

李 聖林（数理生物学, Mathematical Science）

冨樫祐一（生物物理学, Physical Science）

落合 博（生命科学, Life Science）

アクセス：https://www.hiroshima-u.ac.jp/access/higashihiroshima

講演者: 本田直樹 氏(京都大学・生命科学研究科)

日時：令和3年1月13日（水）

14：50～15：50

場所：ZOOM (Online)

講演要旨

　免疫系は、体内に存在するあらゆる異物（タンパク質など）を抗原として認識し、適切な免疫応答を誘導する。例えば、病原体などの有害な抗原には強く応答することでそれを除去し、食物などの無害な抗原には応答せず不必要な炎症を防ぐ。このように、免疫系による抗原の有害/無害の識別は、その後の免疫応答を決める最も重要な要素である。免疫細胞は多様な抗原に対してそれぞれ特異的なT細胞受容体（TCR）を持つことから、従来、抗原に応じた免疫応答は1 細胞レベルで規定されていると考えられてきた。しかしながら、免疫細胞には予め、どの抗原が有害/無害であるかプログラムされている訳ではない。それにも関わらず、免疫系は正しく抗原の有害/無害を識別しており、そのメカニズムは全くの謎である。さらに、アレルギーのように、花粉などの無害な抗原に突然強く応答したり、その治療（少量・継続的な抗原投与によるアレルゲン免疫療法）により応答が緩和したりする。このように、同じ抗原に対する有害/無害の識別が動的に変化することから、免疫系は抗原の有害/無害を識別し、抗原の経験に応じてその記憶を更新していると考えられる。そこで本研究では、免疫系を適応学習システムとして捉え、抗原の観測と予測との誤差によってメモリーT細胞を新たに生成するという予測符号化の概念を導入することで、抗原の濃度依存的な識別や抗原ダイナミクス依存的な識別、TCR依存的な識別を統一的に説明できることを示す。

講演者: 田崎創平 氏（理化学研究所・生命機能科学研究センター）日時：令和元年 6月25日（火）16：00〜17:00 場所：広島大学東広島キャンパス 理学部B棟707号室演題：ニワトリ胚中胚葉細胞集団の動的な移動秩序形成要旨：ニワトリ胚の中胚葉組織は、胚の内側に陥入した間充織細胞がエピブラストと内胚葉の間の空間を広がっていくことで形成される。しかし、足場の限られた3次元空間内の細胞移動様式を含め、中胚葉形成機構の詳細は不明な点が多い。我々は、透明化や高解像度の3次元ライブイメージングにより、中胚葉組織内において細胞同士がN-cadherin等の接着分子により3次元的に相互作用することによって特徴的な秩序形態を呈し、前側および外側への集団運動を実現していることを見出した。特に、細胞集団の移動形態は特徴的な網目状構造を示し、各々の網目は動的に構成細胞の入れ替えが起きながら、協調的な細胞集団運動が行われていることが分かった。我々は、トラッキングを含む細胞集団画像解析データを元に、パーシステントホモロジーなどの位相的データ解析と、時空間ウィンドウ可変な統計的解析を組み合わせた、マルチスケールなデータ解析手法を構成した。これにより、細胞集団の形態とダイナミクスの定量的特徴づけを行った。さらに、N-cadherinの機能を阻害する変異体を構成し、変異体を発現した細胞集団と正常細胞集団の比較を行った。その結果、変異体発現細胞集団では移動秩序が乱れ、集団平均速度の低下などが見られた。また、高解像度ライブイメージングによりN-cadherinによる細胞間相互作用を調べたところ、ある種の細胞遊走接触阻害が確認された。この観察に基づいて数理モデルを構築し、シミュレーションを行って実験と同様のデータ解析を行ったところ、細胞集団の位相的構造や移動秩序、平均速度の変化が再現された。以上により、本研究は中胚葉形成ダイナミクスの一部を説明することに成功した。今後の展開として、自動データ解析と自己進化型数理モデルを連動させた、現代的な自動解析系の可能性を述べたい。

第11回

講演者: 高木舜晟 氏（九州大学大学院システム生命科学府）日時：令和元年 6月25日（火）14：40〜15:40 場所：広島大学東広島キャンパス 理学部B棟707号室演題：がんとウイルスをつなぐ多階層数理 モデルの構築要旨：がんは、遺伝子発現や細胞間相互作用など、多階層の動態が絡み合って発生・ 進行する病である。特にウイルス性のがんは、そこにウイルス感染動態が加わり相互に関連しているため、ウイルス学・腫瘍学・(血液)内科学等が入り混じった複雑な領域である。一方で、近年の先端計測技術の発展により、ウイル ス配列や遺伝子発現に関する網羅的解析が進んでおり、また感染実験による再現も可能であるため、がんのメカニズムを解明する上で大きな足がかりとなると言える。そこで私は、2つの腫瘍ウイルス(HTLV-1, EBV)を対象に、実験データの統計的解析に加え、細胞内と細胞外の動態を同時に記述できる多階層数理モデルを構築し解析を行ってきた。本講演では、これらの結果をご紹介するとともに、本モデルにより期待される新たなアプローチについて議論したい。

第10回

講演者: Mathias Francois 氏（The Institute for Molecular Bioscience, The University of Queensland・Group Leader)日時：平成29年12月11日（月）14：30〜場所：広島大学東広島キャンパス 理学部B棟101号室演題：An integrated approach to drug SOX transcription factors: from development to cancerClassic genetic approaches have established that SOXF (-7, -17 and -18) transcription factors play a central role to instruct the genetic program that promotes arterio-venous specification and lymphangiogenesis during vertebrate development. Genetic ablation of these transcription factors in adult also prevent aberrant angio- and lymphangiogenesis that occur during solid cancer metastasis, establishing a proof of concept that SOXF are potential molecular target. In this presentation, I will show that SOX-F transcriptional activity can be disrupted pharmaceutically with small molecule inhibitors to halt blood vascular development in vivo. This finding is based on a pipeline of screening tools that range from homogenous in vitro assays to angiogenic zebrafish model system and mouse pre-clinical based assays. Our discovery provides a basis for innovative pharmacological manipulation of SOX-F proteins function and challenges the prevailing dogma that transcription factors are not suitable drug targets.

第6回

講演者: 小山宏史氏（自然科学研究機構 基礎生物学研究所 助教）

日時：平成29年11月30日（木）16：30～

場所：広島大学東広島キャンパス 理学部A棟017号室

演題：生物の形態の多様性、および、細胞集団のパターン形成の機械的な基盤

多細胞生物の組織や臓器は、多様な形態を持っている。あるいは、組織・臓器を構成する細胞集団は、様々なパターンをもった配置を示す。形態や細胞集団のパターンの多様性を決定する重要な要因として、機械的な力が挙げられる。本セミナーでは、以下の二つのトピックをとりあげたい。

1. 細胞集団と場との機械的な相互作用によって、どのようなパターンの配置が生じるかを、理論的に解析した。その結果、細胞集団の変形が場の変形と見かけ上カップルしないなど、非直観的で、かつ、多様なパターンが生じうることが分かった。細胞集団の受動的な運動の重要性を示唆している。

2. 形態の多様性を生み出す原理を、個々の細胞の機械的な力に求められないかと考えた。そこで、生体内での細胞の動きから、細胞の機械的な性質を推定する統計数理学的な方法を構築した。様々な組織から得られた推定結果を元に、細胞の機械的な性質を単純な数理モデルとして表した。本モデルによってどのような形態を説明しうる

か、その可能性について論じたい。

第5回

講演者: 深谷 雄志 氏（Lewis-Sigler Institute for Integrative Genomics, Princeton University・博士研究員(HFSP Long-term fellow))日時：平成29年9月22日（金）16：30〜場所：広島大学東広島キャンパス 理学部A棟017号室演題：ショウジョウバエ初期胚におけるエンハンサーダイナミクス転写制御において中心的な役割を担うのがエンハンサーと呼ばれる非コードDNA配列である。エンハンサーは自身が制御する標的遺伝子のプロモーター領域と相互作用することで、転写活性の時空間的特異性を制御している。近年のChIP-Seqなどの解析によって、ゲノム中のエンハンサーが網羅的に同定されてきた。さらにHi-Cなどの解析によって、エンハンサー・プロモーター相互作用を制御する高次染色体構造の存在が明らかとなってきた。しかしその一方で、エンハンサーが“どのように標的遺伝子の転写活性を制御しているのか”という根本的な問いは未だに未解明である。 本研究では、ショウジョウバエ初期胚を用いた転写ライブイメージング解析を駆使することによって、個体発生におけるエンハンサーの働きを１細胞レベルで可視化することに成功した。エンハンサーは転写バーストと呼ばれる転写活性の不連続性を緻密にコントロールすることによって、遺伝子発現量を時空間的に制御していることを見出した（Fukaya et al., Cell 2016）。さらに最近、ライブイメージングと遺伝学を組み合わせることにより、allele間におけるエンハンサー・プロモーター相互作用を可視化する新たな実験系に成功した。allele間相互作用は古典的にはTransvectionと呼ばれ、ショウジョウバエを用いた遺伝学的解析からその存在が半世紀以上も前に予言されていた (Lewis, Am Nat 1954)。本研究によって、その素過程をはじめて解明することに成功した（未発表データ）。

第4回

講演者: Yinon Bar-On（イスラエル・ワイツマン科学研究所）

日時：平成29年9月15日（金）16：30～

場所：広島大学東広島キャンパス 理学部A棟017号室

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Speaker: Yinon Bar-On (Weizmann Institute of Science)

Date & Time: 15 September 2017 (Fri.), 16:30-

Place: Hiroshima University, School of Science, Room A017

Title:

A quantitative view of the biosphere:

From the most abundant taxa to the most abundant proteins

A census for biomass on Earth is key for understanding the structure and

dynamics of the biosphere. Similarly, a census of the mass of proteins that

drive global elemental cycles can help us understand the constraints that

they experience in the wild. Yet, a global quantitative view of how the

biomass of different taxa compare with each other, and which proteins are

most abundant in nature is still lacking.

We harness recent advances in global sampling techniques to assemble the

overall biomass composition of the biosphere. We establish a census of the

biomass of all the kingdoms of life. Using this census of biomass, we

estimate the global abundance of ubiquitous proteins throughout the

biosphere. From these analyses, we highlight several key take-home insights.

第3回

講演者: 森松賢順氏（岡山大学 大学院医歯薬学総合研究科 システム生理学・助教）日時：平成29年7月28日（金）16：30〜場所：広島大学東広島キャンパス 理学部A棟017号室演題：細胞の機械刺激応答の解明に向けた定量技術の開発生命活動に伴って体内には、ずり応力、圧力、伸展圧縮等の様々な機械刺激が生じる。組織や器官を構成する細胞は、これらの機械刺激を受容し、細胞自身や組織の機能維持に利用している。さらに、機械刺激は細胞の周期、増殖、分化や運動などの根幹機能の発現や調節に必須であることが分かっており、そのメカニズムの解明を目指すメカノバイオロジーという新しい学問領域が近年急速に発展してきた。本領域の根幹は機械刺激がどのように細胞に受容され、適切な応答を導くかを理解することである。そのためには、細胞に負荷される機械シグナル（メカノシグナル）を定量的に測定・制御する技術が不可欠である。しかし、これは従来の生物学的手法に比べて、極めて難しい技術であり、その後れが本領域の研究推進の大きな障壁として立ちはだかってきた。

本セミナーでは、メカノシグナルの可視化を目指した分子張力センサーの開発、可視化定量によって解明された機械刺激感受メカニズム、圧力や伸展刺激下での細胞機能発現について議論したい。

第2回