2016 Fiscal Year Annual Research Report
重力変化を含む力学的ストレスに対するメカノセンシング機構
| Project Area | "LIVING IN SPACE" - Integral Understanding of life-regulation mechanism from "SPACE" |
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| Project/Area Number |
15H05936
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
成瀬 恵治 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 教授 (40252233)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
曽我部 正博 名古屋大学, 医学系研究科, 特任教授 (10093428)
高橋 賢 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 助教 (50432258)
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| Project Period (FY) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | メカノバイオロジー / 機械刺激 / 重力 / 遠心顕微鏡 / 模擬微小重力 / YAP / iPS細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．細胞の重力応答のリアルタイム観察
細胞の重力応答をリアルタイムで観察するため、遠心力により重力を発生させる蛍光顕微鏡システムの開発を行った。遠心顕微鏡システムに20倍の対物レンズと緑色蛍光観察用フィルターを装着し、重力を付加しつつワイヤレスでリアルタイムの顕微鏡像が得られることを確認した。
２．細胞の重力応答におけるストレス線維の影響
これまで我々は、足場の硬さや細胞内骨格の張力に依存して活性制御を受けることが知られている転写調節因子YAPに注目し、模擬微小重力環境あるいは微小重力環境においた間葉系幹細胞におけるYAP活性が、リン酸化とは別の制御を受けて低下することを見出してきた。今年度は、核やミトコンドリアとストレス線維を結ぶアダプター分子の発現抑制により核やミトコンドリアとストレス線維の相互作用を修飾し、細胞の模擬微小重力環境の感知への応答を解析した。その結果、間葉系幹細胞において、アダプター分子の発現抑制により、模擬微小重力依存的な細胞内シグナルが失われることを見出した。従って、核やミトコンドリアとストレス線維の相互作用が、細胞の模擬微小重力環境感知に関与している可能性が示唆された。さらに、ストレス線維の張力変化も細胞の模擬微小重力環境感知に重要である知見も得ており上記仮説を支持する。
３．ヒト人工多能性幹細胞（iPS細胞）細胞における重力の影響
長期の重力負荷に対する細胞の応答を調べるためCO2インキュベータ内で重力を付加するシステムを開発した。このシステムを用いてiPS細胞を心筋細胞に分化誘導したところ、重力負荷群は無負荷群と比べ心筋マーカーである心臓トロポニンの発現が高い傾向が見られた。
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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
遠心顕微鏡システムは、重力を付加しつつワイヤレスでリアルタイムの顕微鏡像が得られる状態に達した。今後は重力負荷中にフォーカスがずれる問題を解決し、細胞の重力応答のリアルタイム観察につなげる。
またバイオイメージングによる細胞の重力応答機構の解明に関しては、間葉系幹細胞における微小重力の感知機構が、核やミトコンドリアとストレス線維を結ぶアダプター分子に依存していることを突き止めた他、重力がiPS細胞の分化誘導に影響を及ぼすことを明らかにしつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
１．細胞の重力応答のリアルタイム観察：開発した蛍光遠心顕微鏡システムを用い重力負荷に対する細胞の影響を観察する。さらに下記２．の研究においてこの実験系を応用する。
２．細胞の重力応答におけるストレス線維の影響：微小重力環境感知に関する仮説の検証を進めるとともに、間葉系幹細胞の模擬微小重力下での応答反応（骨分化低下等）におけるYAP活性低下の役割や、筋細胞など他の細胞種における微小重力環境下でのYAP活性低下の有無を検討する。
３．iPS細胞における重力の影響：細胞間接着に対する重力の影響のメカニズムを明らかにするとともに、幹細胞の分化誘導に与える重力の影響の研究を進める。
4. メカノセンシング機構のモデル化：細胞シミュレータを用い、重力等の力学的ストレスに対する細胞応答のモデル化のパイロットスタディーを行う。
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[Journal Article] MEKK1-dependent phosphorylation of calponin-3 tunes cell contractility2016
Author(s)
Hirata H, Ku WC, Yip AK, Ursekar CP, Kawauchi K, Roy A, Guo AK, Vedula SR, Harada I, Chiam KH, Ishihama Y, Lim CT, Sawada Y, Sokabe M
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Journal Title
J Cell Sci
Volume: 129(19)
Pages: 3574-3582
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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