| Project/Area Number |
21K06102
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 43040:Biophysics-related
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| Research Institution | Kanazawa Institute of Technology |
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Principal Investigator |
辰巳 仁史 金沢工業大学, バイオ・化学部, 教授 (20171720)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | メカノバイオロジー / アクチン線維 / 量子ドット / コフィリン / 一分子イメージング / 力センサー / 偏光 / 張力 |
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| Outline of Research at the Start |
細胞には体内の骨格筋や平滑筋の動きに起因する様々な機械的（力）刺激が作用している。細胞は、これら力学刺激を受容して、細胞内骨格アクチン線維の形態変化を示す。このように力の受容は生命科学において重要な地位を締めているが、力の受容を行っている分子機構の多くは未解明の状態である。量子ドットと偏光一分子（粒子）イメージング顕微鏡を使って、アクチン線維が備えている力の受容の分子的仕組みを解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞には、重力などによる外力だけではなく、体内の骨格筋や平滑筋の動きに起因する様々な機械的（力）刺激が作用している。その結果、細胞は、これら力学刺激を受容して、細胞内骨格の形態変化など様々な応答を示す。生体膜や細胞骨格は外部からの力が働き、細胞の成長、分裂、形態が変化して、細胞応答を修飾する。最近では細胞に作用する機械的ストレスの大きな場所に誘引される中胚葉性幹細胞の存在も知られている。がん組織は硬いので、機械(力)刺激受容性幹細胞に抗がん作用を持たせると、がん組織に到達し、がん治療に応用する研究も始まっている(Liu et al., 2017)。神経細胞のシナプスに存在するアクチン線維はシナプス結合を介して外部から力を受けている。力を受けて張力が上昇したアクチン線維は安定し、シナプスの安定化に関与することも分かってきた（Paris et a., 2018）。このような研究領域はメカノバイオロジーと呼ばれ注目を集めている。このように力の受容は生命科学において重要な地位を締めているが、力の受容を行っている分子機構の多くは未解明の状態である。その最大の理由は、力刺激の感知機構、言い換えるとメカノセンサーの分子実体が多くの場合、同定されておらず、さらにメカノセンサーが細胞の構造や機能に影響をあたえる仕組みの多くが不明な点にある。本研究では量子ドットと偏光一分子（粒子）イメージング顕微鏡を使って、アクチン線維が備えている力の受容の分子的仕組みを解明する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
外部からの力刺激でアクチン線維の張力が高くなった時にはこのねじれのゆらぎは抑えられ、その結果コフィリンの結合場所は隠されコフィリンの結合が抑制される。本研究においてアクチン線維の張力上昇とアクチン線維のねじれとコフィリンの結合の間には関係があることを示すデータが得られた。この結果は重要で継続して研究を遂行することが研究の発展には重要であると考え、研究の継続を申請した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究ではアクチン線維一本をガラスカバーグラスに緩やかに固定し、アクチン線維のねじれを評価するためにアクチン線維を発光分子（ローダミン）で標識する。コフィリンのアクチン線維への結合をリアルタイムで観察するためにコフィリンを蛍光分子アレクサ633で標識する。アクチン線維に結合した磁気ビーズを電磁石により牽引することで、アクチン線維に張力を発生させる。蛍光分子からの蛍光の偏光の向きの分析のため方解石プリズムをCCDカメラの前にセットし、偏光の向きに従って画像を二組に分ける。コフィリンをアレクサ633で蛍光標識し、蛍光ローダミンでラベルしたアクチン線維に投与する。アクチンからの蛍光の偏光面が変化する例も観察予定である。この偏光面の変化はアクチン線維のねじれを示唆している。これらの実験方法を使うことで、アクチン線維の張力上昇により、アクチン線維のねじれの揺らぎが抑制され、コフィリンの結合の頻度が減少することを検証する。
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