がん細胞のダイナミックな接着制御機構の定量解明

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H05351
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 吉川 洋史 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (50551173)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: がん / 細胞・組織 / バイオテクノロジー / 細胞力学 / 光計測 / ポリフェノール / 細胞接着 / ハイドロゲル

Outline of Annual Research Achievements

（１）硬さを介したがん細胞と外部環境とのクロストークの解明
平成２７年度は、硬さを介したがん細胞と外場間のクロストークの定量相関の解明に挑んだ。具体的には、ポリアクリルアミドなどのハイドロゲルをベースとして、硬さの異なる細胞培養基板を作製した。そして、転移能の異なるマウスメラノーマ細胞（B16F10またはB16F1）を播種し、その投影面積と運動性を計測した。その結果、両細胞とも接着投影面積が基板硬さに対してシグモイド関数状に増加したが、柔らかく転移性の高いB16F10細胞の方が、柔らかい基板上でより大きく伸展することがわかった。がん転移においては、がん細胞は酵素などで軟化した環境中を移動する。よって本結果は、がん細胞が、細胞自身の柔らかさを制御することで、柔らかい環境での接着や運動に対応し、転移を実現していることを示唆している。また興味深いことに、がん転移抑制効果のある緑茶カテキンの存在下では、このようながん細胞の力学応答性が大きく低下することがわかった。現在このメカニズムについて、緑茶カテキンが示す細胞膜硬化作用に着目しつつ調べている。
（２）がん細胞接着性のスクリーニング法の開発
転移の重要ステップである細胞接着を定量計測するために、光干渉法と有機シランパターニング基板を組み合わせた、新しい計測系を構築した。ここでは、細胞接着性を示すアミノシランをパターニングした基板を用いて、単一細胞が配列したアレイを作製する。そして反射型光干渉法を用いて、細胞と基板間の接着面積を定量計測することで、細胞の接着性の統計データを簡便に得ることができる。本研究では、正常細胞、高転移性がん細胞、低転移性がん細胞の接着性を定量計測し、高転移性のがん細胞ほど接着面積が大きいこと、細胞接着面積が薬剤耐性の指標となり得ることなどを見出した。これら成果については、査読付き国際誌に原著論文を発表している。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

上記のがん細胞の接着性と運動性の評価は、研究実績は年度当初に計画していたものであり、原著論文の発表にも至っている。また、同じく年度当初に計画していた緑茶カテキンのがん転移阻害の分子機構の解明については、現在も実験が進行中であるが、既に主要な結果を得られており、論文化の目途がたっている。よって本研究はおおむね順調に伸展していると言える。

Strategy for Future Research Activity

今後も、様々な機能性材料を用いて細胞培養基板を構築し、硬さをはじめとする外部環境因子に対するがん細胞の接着や運動の応答性を調べていきたいと考えている。特に最終年度までには、刺激応答性材料を使用し動的な細胞外環境におけるがん細胞の応答を調べることも計画している。また、リポソームなどの細胞モデル系を用いて、がん細胞力学応答の分子機構の解明も進める予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Prof. Motomu Tanaka/Institute of Physical Chemistry/University of Heidelberg(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: Prof. Motomu Tanaka/Institute of Physical Chemistry/University of Heidelberg
• [Journal Article] Quantitative Evaluation of Cancer Cell Adhesion to Self-Assembled Monolayer-Patterned Substrates by Reflection Interference Contrast Microscop (2016)
  • Author(s): Takahisa Matsuzaki, Kosaku Ito, Kentaro Masuda, Eisuke Kakinuma, Rumi Sakamoto, Kentaro Iketaki, Hideaki Yamamoto, Masami Suganuma, Naritaka Kobayashi, Seiichiro Nakabayashi, Takashi Tanii, Hiroshi Y. Yoshikawa
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry B Volume: 120 Pages: 1221-1227
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.5b11870
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Live Cell Tracking of Symmetry Break in Actin Cytoskeleton Triggered by Abrupt Changes in Micromechanical Environments (2015)
  • Author(s): S. Inoue, M. Hoerning, V. Frank, S. Kaufmann, H. Y. Yoshikawa, J. P. Madsen, A. L. Lewis, S. P. Armes and M. Tanaka
  • Journal Title: Biomaterials Science Volume: 3 Pages: 1539-1544
  • DOI: 10.1039/C5BM00205B
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] DNA－PEG資質を介した細胞接着ダイナミクスの解明 (2016)
  • Author(s): 佐藤健、寺村裕二、中林誠一郎、吉川洋史
  • Organizer: 日本化学会 第96春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学, 京都府, 京田辺市
  • Year and Date: 2016-03-24 – 2016-03-27
• [Presentation] 脂質二分子膜の流動性がキネシン-微小管系の運動に与える影響の解明 (2016)
  • Author(s): 東郷祥大、川村隆三、小林成貴、中林誠一郎、吉川洋史
  • Organizer: 日本化学会 第96春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学, 京都府, 京田辺市
  • Year and Date: 2016-03-24 – 2016-03-27
• [Presentation] Physical Interactions of Catechin Derivatives with Cell Membrane Models (2015)
  • Author(s): Takahisa Matsuzaki, Hiroaki Ito, Veronika Chevyreva, Ali Makky, Stefan Kaufmann, Masami Suganuma, Seiichiro Nakabayashi, Hiroshi Yoshikawa, Motomu Tanaka
  • Organizer: PACIFCHEM 2015
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii, USA
  • Year and Date: 2015-12-15 – 2015-12-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mechanical Manipulation of Adherent Cells by Photodegradable Hydrogel (2015)
  • Author(s): Kentaro Iketaki, Fumiki Yanagawa, Ryuzo Kawamura, Seiichiro Nakabayashi, Toshiyuki Takagi, Shinji Sugiura, Toshiyuki Kanamori, Hiroshi Y. Yoshikawa
  • Organizer: PACIFCHEM 2015
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii, USA
  • Year and Date: 2015-12-15 – 2015-12-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Design of Mechanically Patterned Hydrogel for Directing Organ Bud Self-Formation (2015)
  • Author(s): Yuko Shimokawa, Hiroyuki Koike, Takahisa Matsuzaki, Masahiro Enomura, Masaki Kimura, Seiichiro Nakabayashi, Hiromitsu Nakauchi, Hideki Taniguchi, Takanori Takebe, Hiroshi Y. Yoshikawa
  • Organizer: PACIFCHEM 2015
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii, USA
  • Year and Date: 2015-12-15 – 2015-12-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Physical Studies of Cell-Substrate Mechanical Interactions for the Regulation of Cell Migration and Tissue Formation (2015)
  • Author(s): Hiroshi Y. Yoshikawa
  • Organizer: Hierarchical Dynamics in Soft Materials and Biological Matter
  • Place of Presentation: 京都大学, 京都府, 京都府
  • Year and Date: 2015-09-23 – 2015-09-26
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Mechanical Study of Formation of Cell Aggregates on Hydrogel (2015)
  • Author(s): Yuko Shimokawa, Hiroyuki Koike, Takahisa Matsuzaki, Masahiro Enomura, Masaki Kimura, Seiichiro Nakabayashi, Hiromitsu Nakauchi, Hideki Taniguchi, Takanori Takebe, Hiroshi Y. Yoshikawa
  • Organizer: 第53回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 金沢大学, 石川県, 金沢市
  • Year and Date: 2015-09-13 – 2015-09-15
• [Presentation] Application of photodegradable hydrogel to mechanical manipulation of adherent cells (2015)
  • Author(s): Kentaro Iketaki, Fumiki Yanagawa, Ryuzo Kawamura, Seiichiro Nakabayashi, Toshiyuki Takagi, Shinji Sugiura, Toshiyuki Kanamori, Hiroshi Y. Yoshikawa
  • Organizer: 第53回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 金沢大学, 石川県, 金沢市
  • Year and Date: 2015-09-13 – 2015-09-15