３次元形態形成過程における細胞基質間および細胞細胞間の力学場測定

• Project Area: Hyper Bio Assembler for 3D Celluler Innovation
• Project/Area Number: 24106502
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 水谷 武臣 北海道大学, 先端生命科学研究科(研究院), 助教 (40451405)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2013: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2012: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
• Keywords: 生物物理学 / 細胞力学

Research Abstract

３次元構造を持った組織や臓器を細胞集団が運動しながら形成していく際には、ケモアトラクタントのような生化学的な因子の拡散現象だけでは、細胞集団の運動を説明するには不十分である。細胞が出す「力」やそれに伴う「歪」などの物理学的な因子が細胞集団の運動を説明してくれるのではとの仮説の下、研究を進めている。まず、新たな測定・解析手法を用いて、細胞運動における物理学的な要因を調べてゆくことが重要だと考える。そこで本研究では、細胞や細胞外基質を蛍光標識し、その動きをライブセルイメージングし、画像群に含まれる輝度情報、位置情報、時間情報を数値解析することにより、細胞内外に発生した力や歪を測定することに成功した。そしてこれを研究セミナーで発表し、高い評価を受けた(2013 東京女子医科大学　先端生命医科学研究所グローバルCOEセミナー)。また、上皮細胞の極性を左右する因子と細胞間の接着力が変化することを発見し、投稿論文に発表した(2014 T. Mizutani, et al., Histochem Cell Biol)。さらに、上皮細胞集団が新たな細胞－細胞間接着を形成する際の力学量を原子間力顕微鏡で測定することに成功している(2013 R. Tanaka, T. Mizutani, et al., Jpn J Appl Phys Conf Proc)。これらの研究成果は、細胞集団が運動する際の数理モデルを構築する上で重要な情報である。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Modulation of extracellular conditions prevents the multilayering of the simple epithelium (2014)
  • Author(s): T. Mizutani, K. Takeda, H. Haga, M. Todo, K. Kawabata
  • Journal Title: Histochemistry and Cell Biology Volume: Vol. 141(5) Issue: 5 Pages: 459-471
  • DOI: 10.1007/s00418-013-1176-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Substrate stiffness regulates temporary NF-κB activation via actomyosin contractions (2013)
  • Author(s): Seiichiro Ishihara, Motoaki Yasuda, Ichiro Harada, Takeomi Mizutani, Kazushige Kawabata, Hisashi Haga
  • Journal Title: Experimental Cell Research Volume: 319(19) Issue: 19 Pages: 2916-2927
  • DOI: 10.1016/j.yexcr.2013.09.018
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lung cancer cells that survive ionizing radiation show increased integrin α2β1- and EGFR-dependent invasiveness (2013)
  • Author(s): Xue Li, Seiichiro Ishihara, Motoaki Yasuda, Takeshi Nishioka, Takeomi Mizutani, Masayori Ishikawa, Kazushige Kawabata, Hiroki Shirato, Hisashi Haga
  • Journal Title: PLoS One Volume: 8(8) Issue: 8 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0070905
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tempo-Spatial Change of Cellular Stiffness and Geometry in the Process of Developing Epithelial Cell-Cell Adhesion Measured by Atomic Force Microscopy (2013)
  • Author(s): Ryosuke Tanaka, Takeomi Mizutani, Hisashi Haga, Kazushige Kawabata
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Conference Proceedings Volume: 1 Pages: 11004-11004
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Neuronal correlates of multiple top-down signals during covert tracking of moving objects in macaque prefrontal cortex (2012)
  • Author(s): Matsushima, A. & Tanaka, M.
  • Journal Title: J. Cogn. Neurosci Volume: 24 Issue: 01 Pages: 2043-2056
  • DOI: 10.4236/cellbio.2012.11001
  • NAID: 120005090600
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 2次元と3次元環境下での細胞と細胞骨格の力学計測 (2012)
  • Author(s): 水谷 武臣
  • Journal Title: MM2012材料力学カンファレンス論文集 Volume: MM2012
• [Presentation] 細胞の力学コミュニケーション (2013)
  • Author(s): 水谷 武臣
  • Organizer: グローバルCOEセミナー(招待講演)
  • Place of Presentation: 東京女子医大(東京都新宿区)
  • Invited
• [Presentation] Tempo-spatial Change of Cellular Stiffness in the Process of Developing Epithelial Cell-cell Adhesion Measured by Atomic Force Microscopy (2012)
  • Author(s): Ryosuke Tanaka, Takeomi Mizutani, Hisashi Haga, Kazushige Kawabata
  • Organizer: 20th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
  • Place of Presentation: Okinawa Kariyushi Urban Resort Naha(沖縄県)
  • Year and Date: 2012-12-17
• [Presentation] Evaluation of microtubule deformation by live cell imaging and image analysis (2012)
  • Author(s): Ryosuke Tanaka, Takeomi Mizutani, Hisashi Haga, Kazushige Kawabata
  • Organizer: 第50回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学(名古屋市)
  • Year and Date: 2012-09-22
• [Presentation] 2次元と3次元環境下での細胞と細胞骨格の力学計測 (2012)
  • Author(s): 水谷 武臣
  • Organizer: MM2012 材料力学カンファレンス
  • Place of Presentation: 愛媛大学(松山市)
  • Year and Date: 2012-09-22
  • Invited
• [Presentation] 画像解析を用いた細胞内外の力学量計測 (2012)
  • Author(s): 水谷 武臣
  • Organizer: 第四回「光塾」
  • Place of Presentation: 北海道大学(札幌市)
  • Year and Date: 2012-08-25
• [Remarks] http://altair.sci.hokudai.ac.jp/g3/index.html