九州大学 研究者情報
発表一覧
今村 寿子(いまむら ひさこ) データ更新日:2023.12.06

助教 /  医学研究院 基礎医学部門 生体制御学


学会発表等
1. 今村寿子, 平野才人, Computational model exploring the regulation for characteristic patterns in periventricular vessels, 第45回日本分子生物学会年会, 2022.12.
2. 石井宙志, 三浦岳, 畑佳孝, 今村寿子, 栄 伸一郎, 伊原栄吉, 小川佳宏, 食道運動の数理モデルと食道運動異常症, 日本応用数理学会2022年度年会, 2023.09.
3. 今村寿子, 平野才人, 水谷健一, Mathematical model exploring the regulation for characteristic patterns in periventricular vessels, 2022年度日本数理生物学会年会, 2022.09.
4. 菊川琴美, 曽我康一, 今村寿子, 小竹敬久, 檜垣匠, 微小管結合タンパク質RIC1過剰発現株の解析から探る葉のスムーズな形態形成, 第31回バイオイメージング学会集合大会, 2022.09.
5. 今村寿子, 植物細胞の成長に伴う形態形成モデル〜葉表皮細胞と根毛〜, 理論生物学セミナー, 2022.03.
6. 今村寿子, 三浦岳, 肺のヒエラルキー構造形成メカニズムの数理モデル, 第44回日本分子生物学会年会, 2021.12.
7. 平野才人, 今村寿子, 血管内皮細胞集団による分岐構造形成のモデル化, 第31回日本数理生物学会大会, 2021.09.
8. 今村寿子, 平野朋子, 佐藤雅彦, Computational model of root hair morphogenesis, 第54回日本発生生物学会年会, 2021.06, The plant root has fine tubular projections called root hairs. The root hair is elongated from the root hair cell by tip growth, which is regulated by phosphatidylinositol bisphosphates (PIP2s) and small GTPases in Arabidopsis. We constructed a mathematical model to explore how the straight extension of a thin cylindrical structure is controlled during root hair formation. Modeling were on the basis of our experimental findings that the PI(3,5)P2-synthesizing enzyme FAB1 is localized to the shank of the root hair. PI(3,5)P2 promotes microtubule organization and secondary cell wall maturation, resulted in the hardening of the root hair shank. It was also revealed that the localization of PI(4,5)P2, which promotes actin polymerization and membrane trafficking, is restricted to the apex of the growing root hair. The complementary distribution of different PIP2s was incorporated in the model as that growth occurs only at the apex and that the cell wall gradually hardened from the shank side. Numerical simulation successfully demonstrated the elongation process of the cylinder shape. In addition, wavy and swelling shapes were shown by changing the parameter value representing the cell wall stiffness. This theoretical result was consistent with the experimental result that decreased FAB1 function caused wavy or swollen morphologies. It was indicated that the regulation of the cell wall hardening is crucial for the root hair morphology..
9. 今村寿子, 細胞集団成長のフラクタル解析, 九州大学 ・データサイエンス教育研究センター ・データサイエンスに関する教育・研究支援プログラム 研究成果会, 2021.01.
10. 今村寿子, 平野朋子, 佐藤雅彦, Mathematical model of the plant root hair morphogenesis depending on the cell wall hardening, 第53回日本発生生物学会年会, 2020.05.
11. 小熊俊輝, 今村寿子, 三浦岳, 上皮細胞シートにおけるフラクタル構造形成のメカニズム., 第16回生物数学の理論とその応用―生命現象の定量的理解に向けて, 2020.01.
12. 今村寿子,麓勝己,三浦岳, 気管支の階層構造を生み出すメカニズムを実験と数理モデルから考える, 第92回日本生化学会大会, 2019.09, 気管支は、遠位ほど枝長が短く、管径が細くなるという階層構造を示す。このような気管支全体のヒエラルキー構造がいかに制御されているのか判然としない。本研究では、肺の発生過程にわたる分岐形成の調節の変化に注目し、実験観察と数理モデルによって、ヒエラルキー構造を生み出すしくみについて調べた。
肺上皮の分岐形成は、数理モデル研究において「上皮の凸部は、凹部よりも強くFGFシグナルを受け取り、より早く成長する」というラプラシアン成長として理解されてきた。このモデルは肺上皮がFGF用量に高感度に反応できることを前提としているが、十分に検証されていない。そこで、マウス胎仔由来の腺様期の肺上皮組織片をFGF10添加マトリゲル中で培養し、どのようにFGF10に応答しているか調べた。その結果、FGF10下流のMAPキナーゼ活性がFGF10濃度に対して高感度に変化することを確認できた。さらに、FGF10濃度依存性は発生が進むにつれて低下していることが分かり、発生過程にわたって組織形状依存的な成長亢進の度合いは変化していると推測された。このことが分岐形状にどのように影響するか調べるため、上皮のラプラシアン成長を表現する数理モデルを構築した。モデルにおいて上皮の凸部における成長亢進の度合いを下げると、成長に伴う分岐が起こりやすくなり、分岐間距離が短くなることが分かった。以上のことから、肺の分岐間距離は、発生過程にわたる肺上皮のFGF濃度依存的な成長速度の変化によって制御されていることが示唆された。
上述のモデルは、枝長の変化を説明できる一方で、管径の変化を説明できない。また、管径の異なる枝を初期状態とした場合には、太い枝ほど分岐間距離が長くなり、気管支の形態と矛盾する。そこで細胞形状を取り入れた数理モデルを構築し、ラプラシアン成長以外に分岐を促す機構の存在について考えた。FGFと共に肺の分岐形成に重要な因子としてWntが知られている。腺様期の肺上皮組織片をFGF10添加マトリゲル中で培養する際、Wntアゴニストを添加すると、頂端収縮の亢進に伴い、分岐形成が促進された。この実験結果を踏まえたモデルから、頂端収縮により各細胞が高い曲率を示そうとする場合には、組織形状が不安定化して突出部と陥入部を生じることを再現できた。さらに、頂端収縮が働くと分岐した管径が細くなることも明らかとなった。以上のことから、Wntを介した細胞形状の制御が遠位端における細く短い分岐枝の形成に関与していることが示唆された。.
13. 小熊俊輝, 今村寿子, 三浦岳, 細胞集団運動における周期的突起形成のメカニズム, 2019年度日本数理生物学会年会, 2019.09.
14. 今村寿子, 麓勝己, 気管支の階層構造を生み出すメカニズムを実験と数理モデルから考える, 第92回日本生化学会, 2019.09.
15. 今村寿子,麓勝己,三浦岳, 肺の形態形成II:細胞形状制御による組織変形の数理モデル, 反応拡散系と実験の融合, 2019.02,  気管支は、遠位ほど枝長が短く、管径が細くなるというヒエラルキー構造を示す。分岐形成自体は、肺上皮の「突出部ほどより早く成長する」という性質から理解されて来たが、分岐の繰り返しから生まれる肺上皮全体のヒエラルキー構造がいかに制御されるか判然としない。本研究では、肺の発生における分岐形成機構を実験観察と数理モデル構築により調べ、ヒエラルキー構造がどのように制御されているか調べた。
 肺上皮の分岐形成は、数理モデル研究においてラプラシアン成長として理解されてきた。「上皮の凸部は凹部より、ゲルと接触する面が広いため、より強くFGFシグナルを受け取り、より早く成長する」というメカニズムは、肺上皮がFGF用量に高感度に反応できることを前提としているが、十分に検証されていない。そこで、マウス胎仔由来の腺様期の肺上皮組織片をFGF10添加マトリゲル中で培養し、どのようにFGF10に応答しているか調べた。その結果、肺上皮のFGF10取り込み量は広範囲のFGF10濃度に対して高感度に変化することが確認できた。さらにFGF10下流のMAPキナーゼ活性を調べたところ、FGF10濃度依存性は発生が進むにつれて低下していた。以上の実験結果を踏まえて、上皮の分岐形成を表現する数理モデルを構築した。モデルにおいて上皮の凸部における成長亢進の度合いを下げると、分岐間距離が短くなることが分かった。以上のことから、肺の分岐間距離は、発生過程にわたるFGF濃度依存性の変化によって制御されていることが示唆された。
 上述のモデルは、枝長の変化を説明できる一方で、管径の変化を説明できない。また、管径の異なる枝を初期状態とした場合には、太い枝ほど分岐間距離が長くなり、気管支の形態と矛盾する。そこで細胞形状を取り入れたモデルを構築し、ラプラシアン成長以外に分岐を促す機構の存在について考えた。FGFと共に肺の分岐形成に重要な因子としてWntが知られている。腺様期の肺上皮組織片をFGF10添加マトリゲル中で培養する際、Wntアゴニストを添加すると、Apical constrictionの亢進に伴い、分岐形成が促進された。この実験結果を踏まえて、Apical constrictionにより各細胞が高い曲率を示そうとする場合、組織形状が不安定化して突出部と陥入部を生じることを、モデルにより表現した。このことから、肺の発生過程で分岐形成が進むにつれてApical constrictionの活性が上昇することにより細く短い分岐枝が生じる可能性が示唆された。.
16. 今村寿子, 麓勝己, 三浦岳, 肺の形態形成II: 細胞形状制御による組織形成の分子機構, 反応核酸系と実験の融合, 2019.02.
17. 今村寿子,麓勝己,三浦岳, FGFとWntの協同による肺分岐のヒエラルキー構造形成, 第15回生物数学の理論とその応用ー次世代の数理科学への展開ー, 2018.09,  気管支は、遠位ほど枝長が短く、管径が細くなるというヒエラルキー構造を示す。分岐形成自体は、肺上皮の「突出部ほどより早く成長する」という性質から理解されて来たが、分岐の繰り返しから生まれる肺上皮全体のヒエラルキー構造がいかに制御されるか判然としない。本研究では、肺の発生における分岐形成機構を実験観察と数理モデル構築により調べ、ヒエラルキー構造がどのように制御されているか調べた。
 肺上皮の分岐形成は、数理モデル研究においてラプラシアン成長として理解されてきた。「上皮の凸部は凹部より、ゲルと接触する面が広いため、より強くFGFシグナルを受け取り、より早く成長する」というメカニズムは、肺上皮がFGF用量に高感度に反応できることを前提としているが、十分に検証されていない。そこで、マウス胎仔由来の腺様期の肺上皮組織片をFGF10添加マトリゲル中で培養し、どのようにFGF10に応答しているか調べた。その結果、肺上皮のFGF10取り込み量は広範囲のFGF10濃度に対して高感度に変化することが確認できた。さらにFGF10下流のMAPキナーゼ活性を調べたところ、FGF10濃度依存性は発生が進むにつれて低下していた。以上の実験結果を踏まえて、上皮の分岐形成を表現する数理モデルを構築した。モデルにおいて上皮の凸部における成長亢進の度合いを下げると、分岐間距離が短くなることが分かった。以上のことから、肺の分岐間距離は、発生過程にわたるFGF濃度依存性の変化によって制御されていることが示唆された。
 上述のモデルは、枝長の変化を説明できる一方で、管径の変化を説明できない。また、管径の異なる枝を初期状態とした場合には、太い枝ほど分岐間距離が長くなり、気管支の形態と矛盾する。そこで細胞形状を取り入れたモデルを構築し、ラプラシアン成長以外に分岐を促す機構の存在について考えた。FGFと共に肺の分岐形成に重要な因子としてWntが知られている。腺様期の肺上皮組織片をFGF10添加マトリゲル中で培養する際、Wntアゴニストを添加すると、Apical constrictionの亢進に伴い、分岐形成が促進された。この実験結果を踏まえて、Apical constrictionにより各細胞が高い曲率を示そうとする場合、組織形状が不安定化して突出部と陥入部を生じることを、モデルにより表現した。このことから、肺の発生過程で分岐形成が進むにつれてApical constrictionの活性が上昇することにより細く短い分岐枝が生じる可能性が示唆された。.
18. 今村寿子, 麓勝己, 三浦岳, FGFとWntの共同による肺分岐のヒエラルキー構造形成, 第15回生物数学の理論とその応用 −次世代の数理科学への展開−, 2018.09.
19. 今村寿子,麓勝己,三浦岳, FGFとWntの協同による肺分岐のヒエラルキー構造形成, 第27回日本数理生物学会年会, 2017.10,  気管支は、遠位ほど枝長が短く、管径が細くなるというヒエラルキー構造を示す。分岐形成自体は、肺上皮の「突出部ほどより早く成長する」という性質から理解されて来たが、分岐の繰り返しから生まれる肺上皮全体のヒエラルキー構造がいかに制御されるか判然としない。本研究では、肺の発生における分岐形成機構を実験観察と数理モデル構築により調べ、ヒエラルキー構造がどのように制御されているか調べた。
 肺上皮の分岐形成は、数理モデル研究においてラプラシアン成長として理解されてきた。「上皮の凸部は凹部より、ゲルと接触する面が広いため、より強くFGFシグナルを受け取り、より早く成長する」というメカニズムは、肺上皮がFGF用量に高感度に反応できることを前提としているが、十分に検証されていない。そこで、マウス胎仔由来の腺様期の肺上皮組織片をFGF10添加マトリゲル中で培養し、どのようにFGF10に応答しているか調べた。その結果、肺上皮のFGF10取り込み量は広範囲のFGF10濃度に対して高感度に変化することが確認できた。さらにFGF10下流のMAPキナーゼ活性を調べたところ、FGF10濃度依存性は発生が進むにつれて低下していた。以上の実験結果を踏まえて、上皮の分岐形成を表現する数理モデルを構築した。モデルにおいて上皮の凸部における成長亢進の度合いを下げると、分岐間距離が短くなることが分かった。以上のことから、肺の分岐間距離は、発生過程にわたるFGF濃度依存性の変化によって制御されていることが示唆された。
 上述のモデルは、枝長の変化を説明できる一方で、管径の変化を説明できない。また、管径の異なる枝を初期状態とした場合には、太い枝ほど分岐間距離が長くなり、気管支の形態と矛盾する。そこで細胞形状を取り入れたモデルを構築し、ラプラシアン成長以外に分岐を促す機構の存在について考えた。FGFと共に肺の分岐形成に重要な因子としてWntが知られている。腺様期の肺上皮組織片をFGF10添加マトリゲル中で培養する際、Wntアゴニストを添加すると、Apical constrictionの亢進に伴い、分岐形成が促進された。この実験結果を踏まえて、Apical constrictionにより各細胞が高い曲率を示そうとする場合、組織形状が不安定化して突出部と陥入部を生じることを、モデルにより表現した。このことから、肺の発生過程で分岐形成が進むにつれてApical constrictionの活性が上昇することにより細く短い分岐枝が生じる可能性が示唆された。.
20. 今村(滝川)寿子, 麓勝己, 三浦岳, FGFとWntの協同による肺分岐のヒエラルキー構造形成, 第27回日本数理生物学会年会, 2017.10.
21. 宮崎悠斗,今村寿子,三浦岳, Mathematical model of epithelial buckling for single- and multi-step processes of the intestinal villus formation , 日本発生生物学会第50回大会(APDBN共催), 2017.05, It was proposed that formation mechanisms of intestinal villi are distinct between chick and mouse despite that responsible signaling molecules are shared among them. The villus formation in chick progresses step-by-step, from the smooth lumen to longitudinal ridges, which gradually show the zigzag pattern followed by small protrusions. It was suggested that these processes are explained by epithelial buckling mediated by the early development of the circumferential muscle layer and by the subsequent maturation of the longitudinal muscle layer (Shyer et al., Science, 2013). In mouse, on the other hand, the dot patterned protrusion and Bmp4 expression simultaneously appear on epithelium, which implies that the local growth acceleration generates villi (Walton et al., Development, 2016). We here revise the hypothesis of epithelial buckling and construct a model framework that reproduces the villification both in chick and mouse. We consider the two-dimensional flat sheet that corresponds to the abstract geometry of the epithelial layer of intestine. The vertical displacement of the sheet was simply described in two components; the bending rigidity of the sheet and the horizontal compressive force. In this model, the whole sequence of chick villification process is reproduced by switching the isotropic compressive force along the x-axis to along the y-axis during development. The anisotropic compressive force describes the one-step emergence of villi as seen in mouse. The contribution of x and y components of the compression force to the villus height is also discussed. .
22. 今村寿子, 三浦岳, Emergence of hierarchical structure of lung: a model and observation of cellular response to FGF, 2016年日本数理生物学会年会, 2016.09, We investigated how the hierarchical branch formation is regulated during lung developmental process. It has been considered that the high sensitivity of cells to the distribution of FGF within the developing lung is the principle mechanism guiding shape change. We experimentally examined the cellular responses to FGF10 in lung epithelium. It was demonstrated that uptake of FGF10 by epithelial explants of the pseudoglandular stage lung in Matrigel was sensitive over a wide range of FGF10 concentrations. It was also shown that MAP kinase activity downstream of FGF10 was affected by the epithelial explant size and shape as well as the FGF10 concentration. The cellular responses of lung epithelium showed higher dependency on the FGF10 concentration in embryonic day 13.5 (E13.5) than E14.5. To assess how these cellular responses result in shape formation of the lung epithelium, we constructed a mathematical model in which an epithelial tip splits depending on the proliferative and chemotactic activities. It was revealed that higher contrast in the activities resulted in the longer segment length of branches, which is reminiscent of the actual lung pattern where segment lengths are longer in earlier branches..
23. 今村 寿子, 肺の分岐間距離の制御機構を実験と数理モデルから予測する, 「がん研究分野の特性等を踏まえた支援活動」公開シンポジウム, 2016.02,  気管支の分岐間距離は、基部側で長く先端側で短いが、その制御機構は明らかになっていない。本研究では、肺の発生における分岐形成機構を実験観察と数理モデル構築により調べ、分岐間距離がどのように制御されているか理論的な予測を試みた。
 分岐形成は、数理モデル研究においてラプラシアン成長として理解されてきた。ラプラシアンとは凹凸度合いを計算する演算子を指す。「上皮の凸部は凹部より、ゲルと接触する面が広いため、より強くFGFシグナルを受け取り、より早く成長する」というメカニズムを考えると、マトリゲル内の均一なFGF10分布下でも肺上皮の分岐が生まれることを説明できる。この概念は、肺上皮がFGF doseに高感度に反応できることを前提としているが、十分に検証されていない。
 そこで、マウス胎仔由来の腺様期の肺上皮組織片をFGF10添加マトリゲル中で培養し、どのようにFGF10に応答しているか調べた。その結果、肺上皮のFGF10取り込み量は広範囲のFGF10濃度に対して高感度に変化することが確認できた。さらにFGF10下流のMAPキナーゼ活性を調べたところ、FGF10濃度依存性は発生が進むにつれて低下していた。
 以上の実験結果を踏まえて、上皮の分岐形成を表現する数理モデルを構築した。モデルにおいて上皮の凸部における成長亢進の度合いを下げると、分岐間距離が短くなることが分かった。以上のことから、肺の分岐間距離は、発生過程にわたるFGF濃度依存性の変化によって制御されていることが示唆された。.
24. 今村寿子, 朽名夏麿, 桧垣匠, 秋田佳恵, 三浦 岳, 葉表皮細胞のジグソーパズル構造形成の数理モデル, 第38回日本分子生物学会年会, 2015.12, シロイヌナズナの葉表皮細胞がジグソーパズル状に変形するメカニズムについて、数理モデルを用いた研究を紹介する。ここでは、細胞成長に伴いlateral側の細胞壁が伸展し座屈する(力学的に折れ曲がる)ことにより、湾曲が生じる可能性を考えた。この仮説を表現するため、細胞を質点の集合としてモデル化し、細胞壁には曲げ弾性を仮定して、張りのある構造を保つものとした。質点を増加させることで細胞成長をシミュレートしたところ、次第に細胞壁の湾曲が起こり、自発的に細胞の突出と陥入が生じることを再現できた。細胞成長の異方性を仮定した場合には、湾曲構造の振幅が小さくなり、葉柄細胞様の形状が得られた。また細胞壁の曲げ弾性を変えると、柔らかい場合には湾曲構造の波長が短くなり細胞形状が複雑化するが、極端に柔らかい場合には細胞壁が細かく縮み細胞形状が単純化することが分かった。3つの細胞が接する細胞壁の交点では、細胞壁がほぼ120度ずつ交わるが、細胞壁が極端に柔らかい場合にはこの均衡が崩れた。これらの結果は、実験的にシロイヌナズナの細胞壁を軟化処理した場合の細胞形状の特徴と一致した。さらに、細胞壁の湾曲部位には強いストレスがかかっていることもモデルから明らかとなり、ジグソーパズル状の細胞形状により力学的不均一性が生じる可能性が示唆された。.
25. 今村寿子, Observation of FGF response in lung epithelium and modeling for
branching morphogenesis, 新学術領域研究「上皮管腔組織形成」第2回国際シンポジウム, 2015.08, The differences in cellular behavior underlying morphogenesis are governed by signaling interactions in the growing tissue. In lung branching morphogenesis, for instance, the high sensitivity of cells to the distribution of diffusive signals within the developing tissue is considered to be the principle mechanism guiding shape change. Here I investigated the response and sensitivity of lung epithelium to FGF10 that mediates epithelial branching to realize the tissue-specific shape. I demonstrated that uptake of FGF10 by epithelial explants of the pseudoglandular stage lung in Matrigel was sensitive over a wide range of FGF10 concentrations in the gel. It was also indicated that MAP kinase activity downstream of FGF10 was affected by the epithelial explant size and shape as well as the FGF10 concentration. These cellular responses of lung epithelium to FGF10 were higher in E13 than E14. To assess how these cellular responses result in shape formation of the lung epithelium, I constructed a framework employing a mathematical model in which an epithelial tip splits depending on the proliferative and chemotactic activities. Experimental results on lung epithelium were incorporated into the model and how the ordered structure of lung emerges will be discussed..
26. Takigawa-Imamura H, Observation of FGF response in lung epithelium and modeling for branching morphogenesis, The Second International Meeting for Epithelial Tubulology, 2015.08.
27. 今村寿子, Observation of FGF response in lung epithelium and modeling for
branching morphogenesis, 48th Annual Meeting of the Japanese Society of Developmental Biologists, 2015.06, I investigated the response and sensitivity of lung epithelium to FGF10 that mediates epithelial branching to realize the tissue-specific shape. I demonstrated that uptake of FGF10 by epithelial explants of the pseudoglandular stage lung in Matrigel was highly sensitive over a wide range of FGF10 concentrations in the gel (unpublished data). It was also indicated that MAP kinase activity downstream of FGF10 was dependent on the cellular height of the epithelium as well as the FGF10 concentration (unpublished data). To assess how these cellular responses result in shape formation of the lung epithelium, I constructed a framework employing a mathematical model in which an epithelial tip splits depending on the cellular heights as well as the proliferative and chemotactic activities (unpublished data). Experimental measurements of these activities of the epithelium at various developmental stages of lung and other tissues will be incorporated into the model to understand how the lung-specific ordered structure emerges..
28. 今村寿子, 朽名夏麿, 桧垣匠, 秋田佳恵, 三浦 岳, 葉表皮細胞のジグソーパズル構造形成の数理モデル, 第56回日本植物生理学会年, 2015.03, シロイヌナズナの葉表皮細胞がジグソーパズル状に変形するメカニズムについて、数理モデルを用いた研究を紹介する。ここでは、細胞成長に伴いlateral側の細胞壁が伸展し座屈する(力学的に折れ曲がる)ことにより、湾曲が生じる可能性を考えた。この仮説を表現するため、細胞を質点の集合としてモデル化し、細胞壁には曲げ弾性を仮定して、張りのある構造を保つものとした。質点を増加させることで細胞成長をシミュレートしたところ、次第に細胞壁の湾曲が起こり、自発的に細胞の突出と陥入が生じることを再現できた。細胞成長の異方性を仮定した場合には、湾曲構造の振幅が小さくなり、葉柄細胞様の形状が得られた。また細胞壁の曲げ弾性を変えると、柔らかい場合には湾曲構造の波長が短くなり細胞形状が複雑化するが、極端に柔らかい場合には細胞壁が細かく縮み細胞形状が単純化することが分かった。3つの細胞が接する細胞壁の交点では、細胞壁がほぼ120度ずつ交わるが、細胞壁が極端に柔らかい場合にはこの均衡が崩れた。これらの結果は、実験的にシロイヌナズナの細胞壁を軟化処理した場合の細胞形状の特徴と一致した。さらに、細胞壁の湾曲部位には強いストレスがかかっていることもモデルから明らかとなり、ジグソーパズル状の細胞形状により力学的不均一性が生じる可能性が示唆された。.
29. 今村(滝川)寿子, 朽名夏麿, 桧垣匠, 秋田佳恵, 三浦岳, 葉表皮細胞のジグソーパズル構造形成の数理モデル, 第56回日本植物生理学会年会, 2015.03.
30. Takigawa-Imamura H, Kutsuna N, Higaki T, Akita K, 三浦 岳, Jigsaw Puzzle Pattern in the Epidermal Cell Wall of Leaves, The 62nd NIBB Conference, 2014.11, The epidermal cells on leaves are gradually deformed into jigsaw-puzzle shapes as they develop. Here, we theoretically examined the possibility of the mechanical buckling as the underlying mechanisms that the plant cell wall is curved. We considered the disproportion between the cell wall (surface area) and cytosol (volume) generates mechanical force to restore the stability of shape, and the buckling of the cell wall will resolve the unbalance in the surface-volume ratio. To depict this concept in the growth process, we constructed a plant cell model where the lateral cell wall was described as an elastic sheet. The model showed the formation of jigsaw puzzle shapes in each cell depending on the ratio of the wall growth relative to the cytosolic growth of cells. We analyzed this result by comparing to the actual pattern on the plant leaf, which shows various cell sizes and shape characteristics. The pattern changes seen in chemical exposure experiments were explained in terms of its possible effect on the physical property of the walls by this model. It was also examined how the heterogeneity of the bending elasticity in the cell wall affect the wavelength of curvature. Our model provides the simple working hypothesis for the spontaneous generation of complicated pattern in plant epidermal cells..
31. 今村 寿子, 「押し合いへし合い」からできる形態:動物組織と植物細胞, 日本科学者会議第20会総合学術研究集会 第4会複雑系科学シンポジウム, 2014.09.
32. 今村(滝川)寿子, 「押し合いへし合い」からできる形態:動物組織と植物細胞, 第4回複雑系科学シンポジウム, 2014.09.
33. 今村 寿子, 三浦 岳, 朽名夏麿, 桧垣匠, 秋田佳恵, Jigsaw puzzle pattern in the epidermal cell wall of leaves, The Joint Annual Meeting of the Japanese Society for Mathematical Biology and the Society for Mathematical Biology, Osaka 2014, 2014.07, The epidermal cells on leaves are gradually deformed into jigsaw-puzzle shapes as they develop. Here, we theoretically examined the possibility of the mechanical buckling as the underlying mechanisms that the plant cell wall is curved. We considered the disproportion between the cell wall (surface area) and cytosol (volume) generates mechanical force to restore the stability of shape, and the buckling of the cell wall will resolve the unbalance in the surface-volume ratio. To depict this concept in the growth process, we constructed a plant cell model where the cell wall was described as an elastic sheet. The model showed the formation of jigsaw puzzle shapes in each cell depending on the ratio of the wall growth relative to the cytosolic growth of cells. We analyzed this result by comparing to the actual pattern on the plant leaf, which shows various cell sizes and shape characteristics. The pattern changes seen in chemical exposure experiments were explained in terms of its possible effect on the physical property of the walls by this model. It was also examined how the heterogeneity of the bending elasticity in the cell wall affect the wavelength of curvature. Our model provides the simple working hypothesis for the spontaneous generation of complicated pattern in plant epidermal cells..
34. 今村 寿子, 三浦 岳, 朽名夏麿, 桧垣匠, 秋田佳恵, 植物表皮細胞壁のジグソーパズル構造形成のメカニズム␣, 第23回日本数理生物学会大会, 2013.09, 葉表皮細胞壁の湾曲構造が形成されるメカニズムを理論的に調べた。双子葉 植物では、発達に伴い細胞壁が敷石状から湾曲したジグゾーパズル様の構造に 変化していく。また高 CO2 環境下では異形化が起こり、細胞同士がより深く入り 組んだ形状を呈す。このような細胞壁の湾曲形成メカニズムについて、(1)細 胞壁の合成および分解のターンオーバーから生じる(反応拡散系)という仮説 と、(2)細胞壁の面積の増大によって座屈が生じる(力学系)という仮説を考 え、それぞれの数理モデルの比較検討を行った。反応拡散モデルでは、頭蓋縫 合線のパターン形成モデルを応用し、フェーズフィールド法によって形成過程 を定式化した。力学モデルでは、細胞壁を質点で表現し、曲げ弾性を表現する 系を構築した。細胞壁の成長過程をシミュレーションすることにより、双方の モデルで湾曲構造の増加が再現できた。モデルにおける形状変化の特徴、およ び異形化要因の理論的予測について、シロイヌナズナの葉表皮観察像や生化学 的知見と比較しつつ議論する。.
35. 今村 寿子, 三浦 岳, 朽名夏麿, 桧垣匠, 秋田佳恵, Jigsaw puzzle pattern in the epidermal cell wall of leaves, 第47回日本発生生物学会年会, 2014.05, The epidermal cells on leaves are gradually deformed into jigsaw-puzzle shapes as they develop. Here, we theoretically examined the possibility of the mechanical buckling as the underlying mechanisms that the plant cell wall is curved. We considered the disproportion between the cell wall (surface area) and cytosol (volume) generates mechanical force to restore the stability of shape, and the buckling of the cell wall will resolve the unbalance in the surface-volume ratio. To depict this concept in the growth process, we constructed a plant cell model where the cell wall was described as an elastic sheet. The model showed the formation of jigsaw puzzle shapes in each cell depending on the ratio of the wall growth relative to the cytosolic growth of cells. We analyzed this result by comparing to the actual pattern on the plant leaf, which shows various cell sizes and shape characteristics. The pattern changes seen in chemical exposure experiments were explained in terms of its possible effect on the physical property of the walls by this model. It was also examined how the heterogeneity of the bending elasticity in the cell wall affect the wavelength of curvature. Our model provides the simple working hypothesis for the spontaneous generation of complicated pattern in plant epidermal cells..
36. 今村(滝川)寿子, 岩城貴史, 森田梨津子, 辻孝, 吉川研一, Mechanical modeling of the cell-cell interaction on the self-organization of the tooth germ, 第22回数理生物学会年会, 2012.09.
37. Takigawa-Imamura H, Motoike I.N, Towards computation in noisy reaction-diffusion cellular automata., 2009 International Symposium on Intelligent Signal Processing and Communication Systems (ISPACS2019), 2009.12.

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