2020 Fiscal Year Annual Research Report
An analysis of cellular mechanoresponse by Raman spectroscopy and deep laerning
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18K04977
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
安國 良平 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (40620612)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
新岡 宏彦 大阪大学, データビリティフロンティア機構, 特任准教授(常勤) (70552074)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | フェムト秒レーザー誘起衝撃力 / メカノレスポンス / 単一細胞解析 / 顕微蛍光分光 / カルシウムシグナリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、これまで研究代表者が培ってきた集光フェムト秒レーザーを用いた動物細胞への力学刺激の付加、顕微分光技術による細胞の生理応答測定、ディープラーニングによる解析を組み合わせ、細胞が識別している本質的な力学刺激の詳細を明らかにする新しい手法を開発し、細胞の力学応答の作動機構の解明を目指した。
平成30、31年度には集光フェムト秒レーザーが水中に誘起する時空間的に制御された衝撃力を単一のマウス筋芽細胞(C2C12)に作用させた場合に、作用強度に依存して細胞内のpHをはじめとする局所環境が変化することを明らかにしてきた。
令和2年度は前年度までと同様にレーザー誘起衝撃力をC2C12に作用させ、細胞内に誘導される生理応答として基本的なCa2+シグナルを蛍光性Ca2+プローブを用いた顕微蛍光イメージングにより測定した。さらに細胞内外にCa2+を運ぶポンプやチャネルの阻害の結果から力学刺激の作用強度とCa2+のシグナル伝達経路の関係を調べた。
その結果、衝撃力の作用により細胞内のCa2+貯蔵庫である小胞体からリアノジン受容体やIP3受容体と呼ばれるCa2+チャネルを介してCa2+が放出され、さらに衝撃力の作用強度によってCa2+を放出するチャネルの寄与が変化することで細胞質内のCa2+濃度上昇過程に影響を与えることを示唆する結果を得た。またCa2+濃度の時間変化を数理モデルと機械学習により解析することでCa2+放出チャネルの寄与を定量的に評価することを試みた。
本結果は、衝撃力の作用強度を制御して単一細胞レベルでのシグナル伝達と下流にある遺伝子発現の制御可能性を示す極めて重要な成果である。
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