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接着結合を介した張力発生フィードバック機構の解明

Research Project

Project/Area Number 14J01854
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Biomedical engineering/Biomaterial science and engineering
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

牧 功一郎  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2014-04-25 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsメカノトランスダクション / バイオメカニクス / 原子間力顕微鏡 / 全反射照明蛍光観察 / αカテニン / 1分子ナノ引張試験 / 1分子立体構造イメージング / メカノバイオロジー / ナノフィッシング / 原子間力顕微鏡(AFM) / メカノセンシング / 1分子 / 細胞間接着結合 / リモデリング
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、細胞間の力学的な情報伝達機構を明らかにすることを目指し、特に、αカテニンを介した細胞間張力感知メカニズムを分子レベルで解明することを目的とした。αカテニンは張力作用下でその立体構造(コンフォメーション)を変化させ、アクチン結合性タンパク質の1つであるビンキュリンを誘導することから、力を生化学シグナルに変換する「メカノセンサ」として機能する。本研究では、原子間力顕微鏡(AFM)による1分子ナノ引張試験と1分子立体構造イメージング、および、全反射顕微鏡(TIRFM)による1分子蛍光観察が複合した実験系を構築することにより、細胞の能動的な張力発生において、力学的因子および生化学的因子が連成した分子機構に迫った。得られた成果は以下の通りである。
(1)αカテニンに対する1分子ナノ引張試験の結果、αカテニンが張力の作用下でその立体構造を変化させ、アンフォールディングしにくい状態でビンキュリンを待ち受ける適応的な張力感知メカニズムが存在することが明らかとなった。
(2)1分子構造イメージングの結果、張力作用下におけるαカテニンの立体構造変化は、分子内のドメイン間相互作用の低下により引き起こされることが示された。
(3)αカテニンの立体構造変化に伴うビンキュリンとの親和性の変化を明らかとするため、AFMとTIRFMとを組み合わせた新たな実験系を構築した。AFM-TIRFMシステムを用いて、張力作用下のαカテニンに対するビンキュリンの結合を観察した。その結果、αカテニンの立体構造の変化に伴うビンキュリンとの親和性の変化が、力学的に安定なαカテニン-ビンキュリン分子複合体の形成を導くメカニズムが提示された。
以上、本研究は、1分子レベルのバイオメカニクス実験を通じて、接着結合を介した張力感知メカニズムに関する新たな知見を提供するものである。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (32 results)

All 2017 2016 2015 2014

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (23 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 3 results) Book (5 results)

  • [Journal Article] Nano-mechanical characterization of tension-sensitive helix bundles in talin rod2017

    • Author(s)
      Koichiro Maki, Nobuhiko Nakao, Taiji Adachi
    • Journal Title

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      Volume: 484 Issue: 2 Pages: 372-377

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2017.01.127

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Mechano-adaptive sensory mechanism of α-catenin under tension2016

    • Author(s)
      Koichiro Maki, Sung-Woong Han, Yoshinori Hirano, Shigenobu Yonemura, Toshio Hakoshima & Taiji Adachi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 6 Issue: 1 Pages: 24878-24878

    • DOI

      10.1038/srep24878

    • NAID

      120006337976

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Mechano-adaptive sensory mechanism of α-catenin under tension2016

    • Author(s)
      Koichiro Maki, Sung-Woong Han, Yoshinori Hirano, Shigenobu Yonemura, Toshio Hakoshima, Taiji Adachi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: -

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] β-catenin as a tension transmitter revealed by AFM nanomechanical testing2015

    • Author(s)
      Koichiro Maki, Sung-Woong Han, Taiji Adachi
    • Journal Title

      Cellular and Molecular Bioengineering

      Volume: 8 Issue: 5 Pages: 14-21

    • DOI

      10.1166/jnn.2015.9536

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Mechanical characterization of tension-sensitive helix bundles in talin rod by nano-tensile testing2017

    • Author(s)
      Koichiro Maki, Taiji Adachi
    • Organizer
      23rd Congress of the European Society of Biomechanics
    • Place of Presentation
      セビージャ(スペイン)
    • Year and Date
      2017-07-02
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Nano-mechanical measurement of integrin-based focal complex using AFM2017

    • Author(s)
      Nobuhiko Nakao, Koichiro Maki, Taiji Adachi
    • Organizer
      CDB Symposium 2017
    • Place of Presentation
      理化学研究所(兵庫県・神戸市)
    • Year and Date
      2017-03-27
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Nanofishing of hyaluronic acid on murine osteoblast precursor cells2017

    • Author(s)
      Stefania Marcotti, Koichiro Maki, Taiji Adachi, Gwendolen C. Reilly, Damien Lacroix
    • Organizer
      The Orthopaedic Research Society Annual Meeting
    • Place of Presentation
      サンディエゴ(米国)
    • Year and Date
      2017-03-19
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Biomechanical characterization of α-catenin by single-molecule approaches using AFM and TIRFM2017

    • Author(s)
      Koichiro Maki, Taiji Adachi
    • Organizer
      The 15th International Student Seminar (ISS)
    • Place of Presentation
      京都大学(京都府・京都市)
    • Year and Date
      2017-02-23
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Adaptive mechanosensory mechanism of α-catenin revealed by single-molecule AFM and TIRFM2017

    • Author(s)
      Koichiro Maki, Taiji Adachi
    • Organizer
      The 9th Cell, Developmental, and Systems Biology Course Meeting
    • Place of Presentation
      京都大学(京都府・京都市)
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Actin remodeling in nascent focal adhesion explored by integrin nanofishing2016

    • Author(s)
      Nobuhiko Nakao, Koichiro Maki, Taiji Adachi
    • Organizer
      IGER International Symposium on "Now in actin study: Motor protein research reaching a new stage"
    • Place of Presentation
      名古屋大学(愛知県・名古屋市)
    • Year and Date
      2016-12-12
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Mechanical, structural and functional dynamics of α-catenin molecule at intercellular adherens junctions2016

    • Author(s)
      牧功一郎,安達泰治
    • Organizer
      日本生物物理学会 第54回年会
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場(茨城県・つくば市)
    • Year and Date
      2016-11-25
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] ECMに刺激されたインテグリン-アクチン構造体の成熟過程におけるナノ力学特性評価2016

    • Author(s)
      仲尾信彦,牧功一郎,安達泰治
    • Organizer
      日本機械学会 第27回バイオフロンティア講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道・札幌市)
    • Year and Date
      2016-10-22
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 原子間力顕微鏡を用いた張力感知分子のナノフィッシングおよび構造イメージング2016

    • Author(s)
      牧功一郎,安達泰治
    • Organizer
      日本機械学会 第27回バイオフロンティア講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道・札幌市)
    • Year and Date
      2016-10-22
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Mechano-adaptive conformational change of α-catenin to sense and transmit intercellular force2016

    • Author(s)
      Koichiro Maki, Taiji Adachi
    • Organizer
      22nd Congress of the European Society of Biomechanics
    • Place of Presentation
      リヨン(フランス)
    • Year and Date
      2016-07-10
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 細胞間張力を感知するα-カテニンの力学的分子適応メカニズム2016

    • Author(s)
      牧 功一郎,安達 泰治
    • Organizer
      日本機械学会 第28回バイオエンジニアリング講演会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2016-01-09
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Single-molecule AFM for exploring the force responses of adherens junction proteins2015

    • Author(s)
      Koichiro Maki, Sung-Woong Han, Taiji Adachi
    • Organizer
      iCeMS International Symposium -Hierarchical Dynamics in Soft Materials and Biological Matter-
    • Place of Presentation
      Kyoto, Japan
    • Year and Date
      2015-09-23
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Mechanical roles of beta-catenin for AJ-mediated force transmission2015

    • Author(s)
      Koichiro Maki, Sung-Woong Han, Taiji Adachi
    • Organizer
      The 8th Asian-Pacific Conference on Biomechanics
    • Place of Presentation
      北海道
    • Year and Date
      2015-09-16 – 2015-09-19
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Mechanical roles of β-catenin for AJ-mediated force transmission2015

    • Author(s)
      Koichiro Maki, Sung-Woong Han, Taiji Adachi
    • Organizer
      The 8th Asian-Pacific Conference on Biomechanics
    • Place of Presentation
      Hokkaido, Japan
    • Year and Date
      2015-09-16
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 接着結合における張力伝達要素としてのβ-カテニン2015

    • Author(s)
      牧 功一郎,韓 成雄,安達 泰治
    • Organizer
      日本生物物理学会 第53回年会
    • Place of Presentation
      石川
    • Year and Date
      2015-09-13
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Nanomechanical behaviors of β-catenin revealed by single-molecule AFM2015

    • Author(s)
      Koichiro Maki, Sung-Woong Han, Taiji Adachi
    • Organizer
      21st Congress of the European Society of Biomechanics
    • Place of Presentation
      Prague, Czech Republic
    • Year and Date
      2015-07-05
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 分子間相互作用測定におけるAFMフォースカーブ解析手法の検討2015

    • Author(s)
      広橋佑紀,牧功一郎,安達泰治
    • Organizer
      日本機械学会 関西支部第90期定時総会講演会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2015-03-16 – 2015-03-17
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 構成ドメインの力学的安定性に依存したα-カテニンのアンフォールディング2015

    • Author(s)
      牧功一郎,韓成雄,安達泰治
    • Organizer
      日本機械学会 第27回バイオエンジニアリング講演会
    • Place of Presentation
      新潟
    • Year and Date
      2015-01-09 – 2015-01-10
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Single-molecule analysis of adherens junction-mediated mechanotransduction using AFM2014

    • Author(s)
      Taiji Adachi, Koichiro Maki, Sung-Woong Han
    • Organizer
      Frontiers of Single Cell Analysis Stanford
    • Place of Presentation
      ナイロビ,ケニア
    • Year and Date
      2014-09-10 – 2014-09-12
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Single-molecule mechanical unfolding of α-catenin as an intercellular mechanosensor2014

    • Author(s)
      Koichiro Maki, Sung-Woong Han, Taiji Adachi
    • Organizer
      Frontiers of Single Cell Analysis Stanford
    • Place of Presentation
      ナイロビ,ケニア
    • Year and Date
      2014-09-10 – 2014-09-12
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] AFM nanofishing of mechano-sensitive molecules at adherens junction2014

    • Author(s)
      Taiji Adachi, Koichiro Maki, Sung-Woong Han
    • Organizer
      The 4th Japan-Switzerland Workshop on Biomechanics
    • Place of Presentation
      三重
    • Year and Date
      2014-09-01 – 2014-09-04
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Nanomechanical behaviors of α-catenin as a mechanotransduction switch revealed by AFM nanofishing2014

    • Author(s)
      Koichiro Maki, Sung-Woong Han, Taiji Adachi
    • Organizer
      7th World Congress of Biomechanics
    • Place of Presentation
      ボストン,アメリカ合衆国
    • Year and Date
      2014-07-06 – 2014-07-11
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] α-Catenin switches mechanotransduction “on” under tensile force -based on single-molecule force spectroscopy using AFM2014

    • Author(s)
      Koichiro Maki, Sung-Woong Han, Taiji Adachi
    • Organizer
      International symposium on mechanobiology 2014
    • Place of Presentation
      岡山
    • Year and Date
      2014-05-20 – 2014-05-23
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Book] Comprehensive Biomaterials2017

    • Author(s)
      Milos Spasic, Koichiro Maki, Florian A. Herzog and Christopher R. Jacobs
    • Publisher
      Elsevier
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Book] 高度物理刺激と生体応答2017

    • Author(s)
      牧功一郎,安達泰治
    • Publisher
      養賢堂
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Book] 病理と臨床2015

    • Author(s)
      牧 功一郎,安達 泰治
    • Total Pages
      7
    • Publisher
      文光堂
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Book] 生体の科学2015

    • Author(s)
      牧 功一郎,安達 泰治
    • Total Pages
      2
    • Publisher
      医学書院
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Book] 細胞工学2014

    • Author(s)
      牧功一郎,安達泰治
    • Publisher
      秀潤社
    • Related Report
      2014 Annual Research Report

URL: 

Published: 2015-01-22   Modified: 2024-03-26  

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