2017 Fiscal Year Annual Research Report
細胞運動の動力学ダイナミクスの分子・遺伝子発現シミュレーションによる理解
| Project/Area Number |
16H02896
|
|---|
| Research Institution | Yamaguchi University |
|---|
Principal Investigator |
松野 浩嗣 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (10181744)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西井 淳 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (00242040)
堀 学 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (00253138)
岩楯 好昭 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (40298170)
浦上 直人 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (50314795)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | 生体生命情報学 / シグナル伝達 / 生体分子 / 発現制御 / 生物物理 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
細胞膜を構成する分子を仮想粒子5,000個，細胞運動の駆動力を生み出すアクチン分子を仮想粒子4,000個で表現した仮想細胞を計算機上に構築した。これにより，魚類表皮細胞ケラトサイトの移動時に生じる形態変化を説明できる条件の検討を行っている。また，アクチュエータが自律的な周期活動を行う場合と，外界からの刺激に応じて活動を行う場合でどのように移動性能が変わるか，また，移動のためのアクチュエータ群がいかに体制化しているかを解析する方法の検討を，脚式歩行を参考にして行った。
ゾウリムシの遊泳行動を誘発する機械刺激の受容から生体での反応について解析した。その結果，生体膜の伸縮を感知するタンパク質群が直接あるいは間接的に細胞内シグナル伝達系を活性化することがわかった。
細胞内のミクロな物質構造の変化が，細胞の形状変化及び細胞の移動を生み出す仕組みを物理学的に考察するため、分子動力学シミュレーションを用い，ベシクル内部の高分子鎖の剛直性を変化させた時のベシクルの形状変化の様子を解析を進めている。また今後，細胞運動シミュレータを構築する上で必要な知見を得るために，ベシクル内部のタンパク質の構造形成の基礎モデルとして，修飾シクロデキストリンによる包接化合物形成に関する研究を継続して進めている。
縦方向に柔らかく横方向に硬い異方性基質を作成した。好中球様HL-60細胞，及び細胞性粘菌アメーバを異方性基質上に播種し，遊走させたところ，いずれの細胞種も基質の柔らかい方向に移動することを発見した。さらに，ミオシン２欠損粘菌アメーバはこの異方性基質上で全方向に均等に運動することから，遊走細胞が基質の硬さを感知するメカニズムにミオシン２が関与することがわかった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
細胞運動がどのような分子メカニズムで生じるかを検討するための細胞運動シミュレータに関しては，細胞内のアクチン分子の重合プロセスに応じた細胞膜の形状形成を行えるようになっており，概ね順調な進捗状況にある。
生体がもつ自発的活動の仕組みを解明するために，神経系をもたないゾウリムシの行動から解析してきた。走性という刺激に対する繊毛運動の制御システムの理解から細胞運動の動力学的なモデル化の基礎データを順調に集積している。
細胞内の物質構造の変化と細胞の形状との関係性を解明するための基礎研究を行っている段階であるが，おおむね順調に進展している。
HL-60細胞，細胞性粘菌アメーバという異なる遊走細胞種のメカノセンシング機構が共通していることがわかった。これにより細胞運動の動力学ダイナミクスにおいて，順調に，細胞種によらない一般性を議論することができるようになった。
|
| Strategy for Future Research Activity |
HL-60細胞や細胞性粘菌アメーバ，ゾウリムシ等の細胞運動メカニズムの解明を生理学実験により継続的に行ない，細胞が基盤等の環境から得られる刺激に応じていかに推進力を生成するかのメカニズムを解明していく。また，現在計算機上に構築している細胞運動シミュレータを，生理学実験により得られた知見をもとに改良し，細胞運動や運動のための形態変化メカニズムを説明できる本質的要素が何かを解明していく。特に，細胞運動に関与するアクチン・ミオシンの重合・分解や，アクチンと基質の接着・乖離に関するダイナミクスのモデル化の検討を行っていく。さらに，細胞運動シミュレータに，アクチン分子等を生成する遺伝子発現等のメカニズムも組み込むことによって遺伝子発現から運動実現までを統合的に説明するモデルの構築を行っていく。
|
