遊走細胞のかたちを決める分子ダイナミクス

• Project Area: Synergy of Fluctuation and Structure:Foundation of Universal Laws in Nonequilibrium Systems
• Project/Area Number: 26103524
• 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: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 岩楯 好昭 山口大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (40298170)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000); Fiscal Year 2015: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2014: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: 細胞遊走 / アメーバ運動 / ストレスファイバ / ケラトサイト

Outline of Annual Research Achievements

魚類表皮ケラトサイト（keratocytes）は、おうぎ型の“かたち”を保ったまま基質上を這う遊走細胞である。細胞の移動は剛体の移動とは異なり、前端が伸長し後端が退縮する形態変化を絶え間なく繰り返している。この絶え間ない形態変化のなかでおうぎ型を保ち続けるためには、細胞全体で伸長と退縮のバランスが保たれていなければならない。細胞前端に注目すれば、“中央の伸長速度が最大で両端が遅い速度勾配を保つことでおうぎ型が維持されている”といわれている（Graded Radial Extensionモデル）。この伸長速度勾配ができるメカニズムは全く分かっていなかった。
細胞前端の伸長速度はアクチン重合速度とアクチンレトログレードフロー（ＡＲＦ）速度の差として計算される。我々は、異なる種の魚からそれぞれケラトサイトを採取し、その形状および運動の分子メカニズムを詳細に比較した。ブラックテトラから採取した丸いケラトサイトは、伸長速度勾配が大きく、またＡＲＦ速度勾配が大きく、ストレスファイバの収縮による基質牽引力が小さかった。一方、シクリッドから採取した横長のケラトサイトは、伸長速度勾配、ＡＲＦ速度勾配はいずれも小さく、ストレスファイバの収縮による基質牽引力が大きかった。さらに、シクリッドのケラトサイトのストレスファイバを人為的に切断すると、切断部でレトログレードフロー速度が上昇し、細胞のかたちもブラックテトラのケラトサイトのように丸くなった。これらの結果は、ケラトサイトの“かたち”形成において、ストレスファイバが、牽引力を介してＡＲＦ速度を調節することにより、伸長速度勾配を生み出していることを示唆している。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [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 Issue: 1 Pages: 33-43
  • DOI: 10.1247/csf.15008
  • NAID: 130005139450
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • Peer Reviewed / Open Access / 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
• [Journal Article] Ciliary metachronal wave propagation on the compliant surface of Paramecium cells (2015)
  • Author(s): Narematsu, N., Quek, R., Chiam, K.-H. and Iwadate, Y.
  • Journal Title: Cytoskeleton Volume: 72 Issue: 12 Pages: 633-646
  • DOI: 10.1002/cm.21266
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The molecular dynamics of crawling migration in microtubule-disrupted keratocytes (2015)
  • Author(s): Nakashima, H., Okimura, C. and Iwadate, Y.
  • Journal Title: Biophysics and Physicobiology Volume: 12 Issue: 0 Pages: 21-29
  • DOI: 10.2142/biophysico.12.0_21
  • NAID: 130005094558
  • ISSN: 2189-4779
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] ケラトサイトのかたち形成におけるストレスファイバーの役割 (2015)
  • Author(s): 中田多可子、沖村千夏、水野敬文、岩楯好昭
  • Organizer: 生物物理学会第５３回年会
  • Place of Presentation: 金沢大学（石川県、金沢市）
  • Year and Date: 2015-09-13
• [Presentation] 好中球様 HL-60 細胞の繰返し基質伸展刺激下での運動方向決定 (2015)
  • Author(s): 沖村千夏、上田和季、作村諭一、岩楯好昭
  • Organizer: 生物物理学会第５３回年会
  • Place of Presentation: 金沢大学（石川県、金沢市）
  • Year and Date: 2015-09-13
• [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
• [Presentation] Cyclic stretching of substratum induces directional migration in fast-crawling cells (2015)
  • Author(s): Y. Iwadate
  • Organizer: Modern Methods in Computing Biology: A Brainstorming Workshop
  • Place of Presentation: Bioinformatics Institute, A*STAR, Singapore
  • Year and Date: 2015-03-23 – 2015-03-24
  • Invited
• [Presentation] 魚種による形の違いから考えるケラトサイトの形が維持されるメカニズム (2015)
  • Author(s): 中田多可子、沖村千夏、岩楯好昭
  • Organizer: 生体運動合同班会議
  • Place of Presentation: 学習院大学
  • Year and Date: 2015-01-07 – 2015-01-09
• [Presentation] Same traction force distributions in fish keratocytes and their fragments represent the same fan-shape (2014)
  • Author(s): A. Sonoda, C. Okimura, Y. Iwadate
  • Organizer: 日本生物物理学会第５２回年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-26
• [Remarks] 雑誌論文が1つ掲載されましたので報告いたします。