| Project/Area Number |
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 |
Deguchi Shinji 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 / 適応 / メカノバイオロジー / 細胞バイオメカニクス / 慢性炎症 / CM-FRAP / 熱力学 / 統計力学 / FRAP / 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 Final Research Achievements |
Cells capable of proliferation possess a function called tension homeostasis, which allows for maintaining the internal physical tension of the cell at a constant level, thereby maintaining its structure and function. Malfunction in this ability leads to various diseases including atherosclerosis. In this project, we developed several novel methods to measure intracellular behavior during the cellular response in tension homeostasis. One of them, which we named the CM-FRAP method (Continuum mechanics-based fluorescence recovery after photobleaching), enables accurate measurement of molecular turnover rates even in the presence of complex intracellular flows and deformations. We then revealed that the turnover of actin molecules occurs more frequently in the central regions of mesenchymal cell types, while flow and deformation are more pronounced at the cell periphery, providing valuable insights into mechanisms underlying cellular tension homeostasis.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
「張力ホメオスタシス」は細胞が外部環境の変化に適応し、内部の物理的・生化学的な状態を一定に保つ重要な機能です。この機能の不全は動脈硬化やがんなどの疾患と関連しており重要な研究課題です。しかし、この現象の理解には生物学だけでなく物理化学を含む広範な知識と技術が必要なために十分に研究が進んでいませんでした。本研究ではCM-FRAP法という新しい計測方法を開発し、細胞の張力ホメオスタシスのメカニズム、すなわち細胞が環境の変化に応じて適応的に振る舞う際の変化の仕組みを詳細に解析することが可能になりました。ここで得た知見は張力ホメオスタシスの不全に起因する様々な疾患の予防や治療に役立つ可能性があります。
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