外有毛細胞可動メカニズムの数値シミュレーション

• Project/Area Number: 08457446
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Otorhinolaryngology
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 和田 仁 東北大学, 工学部, 教授 (30111264)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 池田 勝久 東北大学, 医学部, 講師 (70159614) ; 高坂 知節 東北大学, 医学部, 教授 (80004646)
• Project Period (FY): 1996
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1996)
• Budget Amount: ¥5,300,000 (Direct Cost: ¥5,300,000); Fiscal Year 1996: ¥5,300,000 (Direct Cost: ¥5,300,000)
• Keywords: 外有毛細胞 / 数値シミュレーション / タンパク質モータ / 細胞骨格 / 伸縮挙動

Research Abstract

聴覚の鋭敏な判別機能は、蝸牛内に存在し自ら筋肉のように動くことができる、外有毛細胞の働きにより、達成されているとする説が、現在の所最も有力である。外有毛細胞の細胞側壁は、主に細胞膜と細胞骨格とから構成されるが、伸縮挙動の源は、細胞膜に存在すると考えられているタンパク質モータにあると推察されている。また、細胞骨格が、伸縮挙動に対し何らかの影響を及ぼすと考えられているが、その機序は明確にはなっていない。そこで本研究では、シェル理論を用いて、タンパク質モータの働きを組み込んだ外有毛細胞モデルを構築し、数値シミュレーションにより、細胞側壁の機械的特性を推察した。そして、外有毛細胞が伸縮の際に発生する力を推測し、さらに外有毛細胞の伸縮挙動解析を試みた。その結果、以下のことかが明らかになった。
1.外有毛細胞の細胞側壁のスティフネス(硬さ)は、細胞膜には依存せず、細胞骨格に依っている。また、細胞骨格は、長さ方向に比べ円周方向がより硬いという異方性を有すると考えられているが、この異方性が、細胞骨格のスティフネスに大きく影響を及ぼす。
2.外有毛細胞は、長さ方向に1%伸縮する際、約1〜30nNの力を発生する。このとき、力の大きさは細胞骨格の異方性の度合いにより異なり、異補性が大きいほど発生する力は減少する。
3.タンパク質モータの変形により外毛細胞が伸縮挙動を示す際、その長さ方向変位振幅は、およそ数百Hzまでは一定であるが、数百Hz〜千Hzっを境に減少する。また、伸縮挙動は過減衰であり、従って、細胞側壁、あるいは細胞内の流体の粘性が非常に高いと推察される。