細胞弾性で伝わる繊毛メタクロナールウェーブの分子メカニズムと普遍性

• Project Area: Harmonized supramolecular machinery for motility and its diversity
• Project/Area Number: 15H01323
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 岩楯 好昭 山口大学, 創成科学研究科, 准教授 (40298170)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥11,830,000 (Direct Cost: ¥9,100,000、Indirect Cost: ¥2,730,000); Fiscal Year 2016: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2015: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: メタクロナールウェーブ / 繊毛 / ゾウリムシ / 鞭毛 / メカノセンシング

Outline of Annual Research Achievements

“繊毛”はゾウリムシの体表から高等動物の気管上皮、卵管、脳室上衣細胞等にまで存在する普遍的な器官である。１本１本が独立して運動するにも関わらず、隣接した繊毛は一定の位相差を保ちつつ屈曲を繰返し、効率的に水流を発生する。この細胞表面を伝わる屈曲の波をメタクロナールウェーブと呼ぶ。本研究の大きな目標は、単細胞原生生物ゾウリムシを用いて細胞表層の弾性がどうやってウェーブを伝達させるのか、具体的なメカニズムを明らかにすることであった。
ゾウリムシは細胞全身が多数の繊毛に覆われている。ちょうど魚のアジを開きにするように、細胞に切れ目を入れて細胞の開き（細胞シート）を作成することができる。この細胞シートはＡＴＰ存在下では繊毛打を示す。このため細胞シートを用いれば、メタクロナールウェーブの２次元平面で伝播する様子を観察することが可能となる。我々は、ゾウリムシの繊毛シートでメタクロナールウェーブを詳細に観察したところ、すべての細胞シートで細胞の頭部と口部を発信源としてウェーブが同じ方向に伝播していることに気がついた。そこでメタクロナールウェーブを行っている細胞シートの頭部と口部をそれぞれ切断すると、頭部を切断するとウェーブの伝播が弱くなり、続けて口部を切断するとウェーブがほとんど伝播しなくなった。これらの事実はメタクロナールウェーブが頭部と口部を２つの発信源として伝播することを強く示唆している。この事実は研究計画になかった期待以上の全く新しい発見である。この発見に関して現時点ではまだ論文としてまとめるに至っていないが、今後の展開が大きく期待できる。

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。

Research Products

• [Int'l Joint Research] A*STAR(シンガポール)
• [Int'l Joint Research] A*STAR(シンガポール)
• [Journal Article] Rotation of stress fibers as a single wheel in migrating fish keratocytes (2018)
  • Author(s): Okimura, C., Taniguchi, A., Nonaka, S. and Iwadate, Y.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Issue: 1 Pages: 10615-10615
  • DOI: 10.1038/s41598-018-28875-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Hybrid mechanosensing system to generate the polarity needed for migration in fish keratocytes (2016)
  • Author(s): Okimura, C. and Iwadate, Y.
  • Journal Title: Cell Adhesion & Migration Volume: - Issue: 4 Pages: 406-418
  • DOI: 10.1080/19336918.2016.1170268
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Fast-crawling cell types migrate to avoid the direction of periodic substratum stretching (2016)
  • Author(s): Okimura, C., Ueda, K., Sakumura, Y. and Iwadate, Y.
  • Journal Title: Cell Adhesion & Migration Volume: - Issue: 4 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1080/19336918.2015.1129482
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Shape and area of keratocytes are related to the distribution and magnitude of their traction forces (2016)
  • Author(s): Sonoda, A., Okimura, C. and Iwadate, Y.
  • Journal Title: Cell Structure and Function Volume: 41 Pages: 33-43
  • NAID: 130005139450
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The role of stress fibers in the shape determination mechanism of fish keratocytes (2016)
  • Author(s): Nakata, T., Okimura, C., Mizuno, T. and Iwadate, Y.
  • Journal Title: Biophysical Journal Volume: 110 Issue: 2 Pages: 481-492
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2015.12.014
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] ゾウリムシの細胞表層シート繊毛のメタクロナール波 (2017)
  • Author(s): 日俣直彦、沖村千夏、堀学、岩楯好昭
  • Organizer: 生体運動合同班会議
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場 国際会議室（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2017-01-06
• [Presentation] Compliancy of the cell cortex can serve as a mediator for the propagation of metachronal waves in Paramecium cells (2016)
  • Author(s): Narematsu N, Quek R, Chiam K-H, Iwadate Y.
  • Organizer: The 22nd International Congress of Zoology. Symposium 9. Cilia: their coordination in motility, morphogenesis and eukaryotic evolution (IS9)
  • Place of Presentation: Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（沖縄県恩納村）
  • Year and Date: 2016-11-14
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ゾウリムシ繊毛運動の制御とメタクロナール波の伝達 (2015)
  • Author(s): 岩楯好昭、堀学
  • Organizer: 第33回エアロ・アクアバイオメカニズム学会
  • Place of Presentation: 鳥取大学（鳥取県、鳥取市）
  • Year and Date: 2015-09-03
  • Invited
• [Presentation] Computational Model of Directional Cell Migration in Response to Mechanical Stimuli (2015)
  • Author(s): Hayakawa, T., Iwadate, Y. and Sakumura, Y.
  • Organizer: International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2015
  • Place of Presentation: 京都大学（京都府、京都市）
  • Year and Date: 2015-08-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Directional Migration of Neutrophil-like HL-60 Cells by Cyclic Substratum Stretching (2015)
  • Author(s): C. Okimura, C., Ueda, K., Sakumura, Y. and Iwadate, Y.
  • Organizer: International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2015
  • Place of Presentation: 京都大学（京都府、京都市）
  • Year and Date: 2015-08-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Crawling cell migration controlled by mechanical interaction with substratum (2015)
  • Author(s): Iwadate, Y.
  • Organizer: The 6th International Conference on Computational Methods (ICCM2015)
  • Place of Presentation: Pullman Hotel, Auckland, New Zealand
  • Year and Date: 2015-07-14
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 雑誌論文が1つ掲載されましたので報告いたします。