概要

奈良先端大学には、川の流れに沿った「ニュートン通り」という眺めの良い遊歩道があります。川の最上流は浴場になっていて、アルキメデス（BC287-212）がくつろいでいます（図）。ご存知「アルキメデスの原理」は自然現象を定量化・数式化した初めての法則と言われています。その後、自然現象の定量化と数式化が科学の発展にもたらした恩恵は計り知れません。

ガリレオ・ガリレイ（1564-1642）は、アルキメデスのやり方を応用して、物体が落ちる様子を厳密に定量しました。そしてこれを数式で表したものが、落下の方程式d = g/2・t² です。また、ヨハネス・ケプラー（1571-1630）は、ティコ・ブラーエが厳密に計測した惑星の運行データをもとに、驚くべき几帳面さで惑星軌道の方程式T²/r³ = aを導きだしました。この2つの方程式を統合して、万有引力の法則F = G・mm’/r² を導き出したのがご存じニュートン（1642-1727）です。このように、自然現象を厳密に定量化して数式化することによって、物理学は大きく発展しました。

それでは生物学はどうでしょうか？最近、生物学と数理科学を組み合わせた新しい融合領域が生まれつつあります。私たちは、以上のような計測と数理解析を生物学に導入した「定量的なシステムバイオロジー」を目指しています。定量的システムバイオロジーが新しい生物学のように言ってしまいしたが、そうではありません。メンデル（1822-1884）は、物理学者ドップラーから自然現象を定量的・数理的に解析する方法を学びました。彼の研究手法は、まさに定量的システムバイオロジーです。エンドウの交配実験を辛抱強く続け、その結果を定量的・数理的解析した結果、メンデルの分離の法則 3:1 が導き出されました。また、ホジキンとハクスレ―の神経活動電位の研究¹も定量的システムバイオロジーです。これらの研究からも、定量的システムバイオロジーが、今後、生物学に大きな発展をもたらす可能性が期待されます。

現在、顕微鏡技術が大きく発展してきて、細胞や組織の定量的なライブデータを取得することが可能となってきました。また、コンピュータ技術の発展により、大量データの処理と複雑な方程式を解くことも可能です。このようなタイムリーな時期だからこそ、私たちは、生物の形づくりを理解するためにアルキメデスから始まったこの強力な研究手法を積極的に取り入れています。

Shootin1による軸索形成過程（左）を数理モデルで記述する（右）（業績４）

アクチン波による軸索輸送を数理モデルで記述する（業績２）

関連業績

1. Inagaki, N., Katsuno, H. (2017)
   Actin Waves: Origin of Cell Polarization and Migration?, Trends in Cell Biology 27, 515-526 (LINK)
2. Katsuno, H., Toriyama, M., Hosokawa, Y., Mizuno, K., Ikeda, K., Sakumura, Y, and Inagaki, N. (2015)
   Actin migration driven by directional assembly and disassembly of membrane anchored actin filaments, Cell Reports 12, 648-660.(LINK)(解説)
3. Inagaki, N.,Toriyama, M. and Sakumura, Y.(2011)
   Systems biology of symmetry-breaking during neuronal polarity formation, Dev. Neurobiol.71,584-593.(LINK) (Get PDF)
4. Toriyama, M., Sakumura, Y., Shimada, T., Ishii, S. and Inagaki, N.(2010)
   A diffusion-based neurite length sensing mechanism involved in neuronal symmetry-breaking, Mol.Syst.Biol. 6, 394.(LINK) (解説)
5. 稲垣直之(2019)
   Shootin1による細胞-基質間の力の発生を介した神経細胞の細胞移動，極性形成，軸索ガイダンスおよびアクチン波，生化学，91, 159-168
6. 稲垣直之(2013)
   ニュー ロンの極性化を担う細胞内シグナル経路,脳の発生学（宮田卓樹,山本亘彦 編）,化学同人,72-89
7. 鳥山道則,作村諭一,稲垣直之(2011)
   神経細胞が突起の長さを検知する仕組みと神経細胞の対称性の破れ,遺伝 65,80-86

参考文献

1. Hodgkin, A. L. & Huxley, A. F.(1952) A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve. J. Physiol. 117, 500-544 .