非筋ミオシン活性の可視化と光操作による細胞分裂制御機構の解明
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19J20538
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 44010:Cell biology-related
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| Research Institution | The Graduate University for Advanced Studies |
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Principal Investigator |
山本 啓 総合研究大学院大学, 生命科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
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| Keywords | ミオシン / アクチン / 細胞質分裂 / 細胞骨格 / 光遺伝学 / ミオシンII / 細胞分裂 / MYPT1 / イメージング |
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| Outline of Research at the Start |
動物細胞における細胞質分裂の過程は、非筋ミオシンII（NMII）およびアクチンフィラメントが協働的に生み出す収縮力や張力といった、力学的制御に基づく形態変化を伴う。しかし、分裂過程の細胞が生み出す力の制御機構の頑強性に関する知見は少なく、細胞質分裂の本質的な理解には至っていない。本研究では、FRETにより分裂過程におけるシグナル伝達因子であるECT2, RhoAや、NMIIの活性を可視化することを試みる。さらに、光遺伝学的に細胞内局所的なNMIIの活性化/不活性化を人為的に誘導する系を構築する。これらにより、普遍的な現象である細胞質分裂の、力学的な制御機構の理解が期待される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、これまでに開発してきたアクチン細胞骨格の生み出す収縮力を光依存的に弱める新たな光遺伝学ツール（OptoMYPT）のより詳細な特徴づけを行った。培養細胞を用いた実験では、牽引力顕微鏡と光照射実験を組み合わせ、局所的な光照射による牽引力の低下を確認した。さらに、同様の条件下で免疫染色を行い、光照射部位でミオシン軽鎖のリン酸化レベルが低下することを確認した。また、OptoMYPTの安定発現細胞株を用いてウエスタンブロッティングを行い、部分的ではあるもののミオシン軽鎖のリン酸化レベルが低下することを確認した。さらに、OptoMYPTが多細胞組織やin vivoで適用可能か検証するため、カエル胚への導入も試みた。原腸胚期における上皮組織に対し光照射を行った結果、細胞辺が直線状から波状へと変化した。細胞辺のレーザー切断実験を組み合わせることで、この時に細胞辺で生じる張力が低下していることを直接的に確認することができた。
最後に、OptoMYPTを用いて細胞質分裂中の表層張力の操作を試みた。興味深いことに、細胞質分裂中の両極へ光照射を行った結果、分裂溝の陥入が加速することが分かった。この結果を基に物理モデルを構築し、細胞表層で生じる張力が収縮環の生み出す張力に対し約2割程度の力で拮抗していることを推定することに成功した。さらに、細胞質分裂中の片方の極のみに光照射した結果、娘細胞間での振動現象が観察され、表層張力の対称性が対称分裂において重要であることが示唆された。
以上の成果は、2021年12月にNature Communication 誌に掲載されたほか、国内外の複数の学会・研究会において報告した。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(21 results)
