Mechanisms of cellular tensional homeostasis: measurement and analysis
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21H03796
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
出口 真次 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (30379713)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
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| Keywords | 張力ホメオスタシス / 細胞バイオメカニクス / メカノバイオロジー / FRAP / 熱力学 / 統計力学 / バイオメカニクス / パーコレーション |
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| Outline of Research at the Start |
増殖が可能な細胞には「張力ホメオスタシス」と呼ばれる、細胞内部の物理的な張力を一定に維持する性質が備わっている。これは細胞が周囲環境の変化に対して適応的に振る舞うための基盤となっており、その能力の不全は様々な疾患との関連をもつことが指摘されている。本研究の目的は、複雑な要素を含むために不明な点の多い当該現象のメカニズムを明らかにすることである。まず、従来は困難であった「細胞内」タンパク質の「複数の挙動（純拡散・化学結合・移流・機械的変形）の区別」を行うことができる測定法を開発する。得られた関連分子の挙動と熱力学の体系をもとに、張力ホメオスタシスのメカニズムを説明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
増殖が可能な細胞には張力ホメオスタシスと呼ばれる、細胞内部の物理的な張力を一定に維持する性質が備わっている。一部の細胞内シグナル分子の活性化はこの物理的張力の下流において調節されていることから、このホメオスタシスは細胞が周囲環境の変化に対して適応的に振る舞うための基盤となっている。また、本ホメオスタシスの不全は動脈硬化症を含め様々な疾患との関連をもつことが指摘されている。これらの背景のもと、本年度はこれまでに開発した改良FRAP法（Continuum mechanics-based fluorescence recovery after photobleaching, CM-FRAP法）を含め、その詳しい実験方法を記したプロトコル論文や総説論文、さらにはmacromolecular crowding（細胞内分子の混雑状況が拡散等に及ぼす影響）に関する実験論文などの執筆を行なった。さらに、本方法を空間統計学と組み合わせる新規方法についてさらなる実験的検証を進めた。これにより、細胞内の限られた部分におけるFRAP計測データに基づいて、細胞内の任意の位置、例えば、核や小胞体の位置における測定（分子拡散係数やターンオーバー速度など）を推定できるようになった。さらにFRAP測定における移流の影響を、これまでのように数値計算に基づくだけでなく、解析的計算のみによってその個別の定量性を説明できる理論的枠組みを構築した。さらに細胞内の張力ホメオスタシスの特徴を非平衡物理学の観点（パーコレーション・シミュレーション）から記述し、論文投稿を行なった。以上より、当初の予定以上の技術開発・理論構築のもと十分な研究・論文成果をもって本研究の最終年度を締めくくることができた。
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| Research Progress Status |
令和5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5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
(49 results)
