2019 Fiscal Year Annual Research Report
新しい細胞内分子輸送機構アクチン波による細胞の先導端形成と移動の解析
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19H03223
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
稲垣 直之 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (20223216)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
馬場 健太郎 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (80836693)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 細胞移動 / 極性形成 / アクチン波 / シューティン / フィードバックループ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、「アクチン線維がいかにして細胞内で局所的に自己組織化をして細胞移動を引き起こすことができるのか」を、我々の研究グループが最近明らかにした「アクチン波」の移動の分子メカニズムとその特徴的な挙動から解明することを目指す。本研究では、異分野融合型の研究に基づいて、自発的な細胞移動と走化性の発生起源に迫る。具体的には、「アクチン波による細胞のかたちの制御」と「細胞のかたちによるアクチン波の挙動の制御」からなるポジティヴフィードバックループの検証を行うことで、アクチン線維の自己組織化と細胞移動の仕組みに迫る。
当初は好中球に分化をさせたHL60細胞を研究材料として用いる予定だったが、HL60細胞がアクチン波の移動に関与する細胞接着分子L1-CAM発現しないことがわかったため、L1-CAM発現するU251グリオーマ細胞を実験材料として用いることにした。本年度は、まず、U251細胞の培養基質にマイクロパターンを加工することにより、細胞の形態を自由に変形させる技術の確立を目指した。具体的には、レーザー加工技術を用いてガラス上に三角形のラミニンのマイクロパターンを施し、そこにU251細胞を培養することで、U251細胞の形態を三角形に変形させることに成功した。
また、アクチン波の構成成分であるアクチン線維とシューティンの局在を調べたところ、興味深いことにアクチン線維とシューティンが三角形の頂点に濃縮することがわかった。さらに、HaloTag-actinを発現させたU251細胞のライブイメージングによって、アクチン波がU251細胞の三角形の辺に沿って移動をし、頂点に向かってダイナミックに濃縮する様子を観察することができた。以上の研究結果は、「細胞のかたちによるアクチン波の挙動の制御」を示唆する重要な知見である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、本研究の基盤技術である細胞の形態を自由に変形させる技術の確立に成功した。また、この手法を用いて、U251グリオーマ細胞の形態を三角形に変形させたところ、アクチン波の構成成分であるアクチン線維とシューティンが三角形の頂点（突き出した部位）に濃縮することがわかった。さらに、ライブイメージングによって、アクチン線維がダイナミックに細胞の突き出した部位に濃縮する過程を可視化することができた。以上の研究結果は、本研究で証明を試みる「細胞のかたちによるアクチン波の挙動の制御」を示唆する重要な知見である。したがって、本研究はこれまでのところ順調に進んでいると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究から、アクチン波がU251細胞の三角形の辺（細胞端）に沿って移動をし、頂点（突き出した部位）に向かってダイナミックに濃縮することがわかった。この結果は「細胞のかたちによるアクチン波の挙動の制御」すなわちアクチン線維が細胞の突出した部位に濃縮する仕組みを明らかにするための重要な端緒となると考えられる。そこで、HaloTag-actinと全反射顕微鏡を組み合わせてアクチン分子の1分子解析（Katsuno et al, Cell Rep, 2015）を行い、アクチン波がU251細胞の細胞端に沿って移動する際のアクチン線維の挙動（重合・脱重合及びその方向性）を解析する。
我々は、これまでに、神経軸索に沿ったアクチン波の移動にシューティンが重要な役割を果たすことを見出してきた（Katsuno et al, Cell Rep, 2015）。そこで、U251グリオーマ細胞のシューティンをノックアウトし、U251細胞の三角形の辺に沿って移動するアクチン波の移動速度を解析する。
また、シューティンは細胞接着分子L1-CAMと相互作用することでアクチン波移動のための駆動力を生み出すと考えられる。そこで、シューティンとL1-CAMの連結を切るドミナントネガティヴ体（Baba et al, eLife, 2018）を発現させてU251細胞の三角形の辺に沿って移動するアクチン波の移動速度を解析する。
以上の研究を通じて、「細胞のかたちによるアクチン波の挙動の制御」を、アクチン線維とシューティンの細胞内動態を視点として明らかにする。そしてさらに、「アクチン波による細胞のかたちの制御」と「細胞のかたちによるアクチン波の挙動の制御」からなるポジティヴフィードバックループの検証を行うことで、アクチン線維の自己組織化と細胞移動の仕組みに迫る。
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