力による核内遺伝子動態の制御

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K14515
• Research Institution: National Institute of Genetics
• Principal Investigator: 島本 勇太 国立遺伝学研究所, 新分野創造センター, 准教授 (80409656)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 生物物理学 / 細胞核 / 力計測 / 物性 / 力学情報変換

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、力学情報変換を基礎とする遺伝子発現動態の制御メカニズムを、細胞核の物理特性に着目して明らかにすることを目的として行った。細胞が力を初めとする物理情報に応答して自らの遺伝子発現動態を調節する特性は、分化や発生に必須の形質である。力学情報の変換メカニズムが、環境と直接相互作用する細胞膜だけでなく転写制御の中枢である核に備わっていることが示唆されているが、細胞内への物理的アクセスの難しさからその実体は明らかになっていない。このメカニズムの理解には、力に対する核の変形応答特性についての定量的な知見が必須となる。そこで本研究は、メカニカルな力の刺激を規定された大きさ・方向・速さで与えることのできる顕微鏡システムを開発し、核の変形応答特性を決定することを目的とした。力の入力装置は、研究代表者が以前に開発したガラスニードルを基礎とするマイクロマニピュレーション技術を応用することで実現した。また、シリコン薄膜によるガラス表面処理法を考案し、サンプルの非特異吸着による力学計測への影響を排除した。さらに、サンプル調製に必要となるツメガエルの飼養システムを導入し、生体試料が効率的に入手、精製できる環境を構築した。このシステムを用いて、圧縮・伸長力に対するツメガエル初期胚核の変形応答を定量的に計測し、その硬さと粘弾性特性を決定した。また、共同研究先より提供されたヒト培養細胞核についても同様の計測を行い、その物性を決定することに成功した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

提案した研究計画に従って、アッセイシステムの開発とそれを用いたデータの取得・解析を達成することができたため。さらには、構築した計測システムを用いた実験が共同研究に発展し、当初の予定以外の生体試料についてもその物理特性の解析についての定量的知見を明らかにすることができたため。これらは主に、研究代表者が有する独自の力学操作技術を最小限の改変によって対象サンプルに応用することにより迅速に達成された。

Strategy for Future Research Activity

今後は、次年度に提案した研究計画に従って蛍光イメージング系を顕微鏡装置に導入し、核の裏打ち構造を形成するラミンや染色体クロマチンの変形を可視化解析することで、核の物性に対するより詳細な知見を明らかにする予定である。また、共同研究先から提供されるヒト細胞試料についても同様の解析を進め、イオン環境、クロマチン分解、翻訳後修飾などの生化学的に起こる摂動が核の物性をいかに変調するかについてその実体を明らかにする予定である。当該年度の後半に導入した実験動物の飼養設備によって、研究のさらなる効率化が期待される。

Causes of Carryover

当初計画よりも消耗品が安価に購入できたため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

実験に必須の消耗費の購入に充てる。