2019 Fiscal Year Final Research Report

Mechanosensing Mechanisms for Sensing Mechanical Stress Including Gravitational Changes

Planned Research

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Project Area	"LIVING IN SPACE" - Integral Understanding of life-regulation mechanism from "SPACE"
Project/Area Number	15H05936
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Complex systems
Research Institution	Okayama University
Principal Investigator	Naruse Keiji 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 教授 (40252233)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	曽我部正博名古屋大学, 医学系研究科, 研究員 (10093428) 小林剛名古屋大学, 医学系研究科, 講師 (40402565) 高橋賢岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 助教 (50432258)
Project Period (FY)	2015-06-29 – 2020-03-31
Keywords	宇宙 / 宇宙生物学 / 宇宙医学 / メカノバイオロジー / 重力
Outline of Final Research Achievements	This study developed a centrifugal fluorescence microscope system that can observe the gravity response of cells in real time. In this way, we succeeded in live imaging of morphological changes of cells due to gravitational stimulation by rotation for several tens of minutes. We also discovered a new mechanism for the gravity sensing of cells. In space, the bone density of astronauts decreases. In agreement with this, simulated microgravity acts as a suppressive factor in bone differentiation of mesenchymal stem cells. Our results suggest that the activity of the mechanosensitive ion channel TRPV4 is reduced in the simulated microgravity environment, and the activity of the protein kinase C is subsequently reduced to suppress the nuclear translocation of the transcriptional cofactor YAP. In addition, we have also developed a statistical method for uniformly analyzing gene expression levels among different species.
Free Research Field	生体医工学、循環器生理学、メカノバイオロジー
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	本研究は遠心蛍光顕微鏡システムの開発により、重力による細胞内小器官の形態的変化をリアルタイムで捉える技術を確立した。これにより、筋、骨、心血管系など、あらゆる細胞の重力感知機構を明らかにするためのプラットフォームが与えられた。また重力が間葉系幹細胞の骨分化に影響を及ぼすメカニズムの一端を解明した。これにより、長期宇宙滞在による骨密度低下を抑制する方法の手がかりが得られた。さらに、本研究は異種間の遺伝子発現量解析を統一的に行う手法も開発した。DNAアレイやRNA-seqのデータは高価だが、既存のデータベースのデータを活用することにより、宇宙医学の発展が加速すると期待される。