Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
植物の形づくりは外的環境因子の影響を強く受けるが、物理的な力に対する細胞個々の細胞壁再構成原理を理解するためには、単一細胞における力学的最適化機構を解析する系が必要である。そこで、申請者は動植物に共通する細胞伸長様式である先端成長に注目した。植物の先端成長は、空間構造学的に例えるなら、テンセグリティに調節されるモノコック構造形成と捉えられる。本研究では、マイクロ流路技術をさらに発展させ、力学的測定技術、超解像イメージング技術を駆使して、ドーム型テンセグリティに支えられる先端成長機構を解明する。
植物細胞は高い膨圧と細胞壁成分による壁圧の力学的バランスを維持して成長する。我々は植物細胞を可塑的モノコック構造という空間構造学の言葉で形容できると考えている。一方、植物の形づくりは外的な圧力の影響を強く受けるが、物理的な力に対する細胞個々の細胞壁再構成原理を理解するためには、単一細胞の力学的最適化機構を解析する系が必要である。そこで、我々は先端成長細胞に注目して研究を進め、植物細胞が自分の細胞サイズ以下の外界のミクロ構造にも柔軟に反応し、細胞サイズを狭めて成長できることを明らかにした（Yanagisawa et al. Sci Rep 7 1403）。しかし、植物が障害物をどのように認識、応答しているかはほとんど分かっていない。本研究では、植物の先端成長細胞の力学的可塑性に着目し、マイクロ流体デバイス、力学的環境応答分子、近赤外蛍光色素を活用した蛍光ライブイメージングなどの技術を駆使して、植物先端成長細胞の力学的最適化応答機構の解明を目指した。細胞サイズ以下のマイクロ流路製作について、我々は細胞局部的な機械的刺激を確実に与える構造を配し、最適な流路幅や流路間距離を評価できるマイクロ流体デバイスの設計および作製を行った。光リソグラフィなどMEMS技術が必須な本過程はこれまで分析化学者に頼ってきたが、緊密な議論と教育訓練を繰り返すことにより、現在では解析内容に則したマイクロ流体デバイスを独自に設計し作製できるまでになった。また、植物の外部空間認知と細胞内応答過程をモニターするため、微小管可視化株とカルシウムイオンセンサー導入株を用いて実験を進め、狭小領域での動態観察を行った。さらに、近赤外細胞壁染色色素を用いた二光子励起イメージングに成功した。一方、力学測定に関しては、共同研究者らにより力学的環境変化に応答して蛍光色を変化させるFLAP分子のPDMSへの導入に成功した。
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Science
Volume: 369 Issue: 6504 Pages: 698-702
10.1126/science.abc3710
Nature Communications
Volume: ー Issue: 1 Pages: 2650-2650
10.1038/s41467-021-23019-w
bioRxiv
Volume: -
10.1101/2020.03.26.010744
