2021 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanisms of cellular tensional homeostasis: measurement and analysis
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21H03796
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
出口 真次 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (30379713)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 張力ホメオスタシス / バイオメカニクス / メカノバイオロジー / 熱力学 / FRAP |
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| Outline of Annual Research Achievements |
増殖が可能な細胞には張力ホメオスタシスと呼ばれる、細胞内部の物理的な張力を一定に維持する性質が備わっている。これは細胞が周囲環境の変化に対して適応的に振る舞うための基盤となっており、その能力の不全は様々な疾患との関連をもつことが指摘されている。張力ホメオスタシスのメカニズムの解明のために、本年度は従来困難であった細胞内タンパク質の複数の挙動（純拡散・化学結合・移流・機械的変形）の区別を行うことができる測定法を開発した。具体的にはFRAP法（fluorescence recovery after photobleaching）のデータに対して、様々な物理化学的現象を考慮した解析モデルを構築・適用し、上記の複数挙動のそれぞれの性質を抽出した。張力ホメオスタシスを実現する条件を阻害する薬剤投与実験を行い、この改良FRAP法（連続体力学をもとに記述していることから、Continuum mechanics-based FRAP, CM-FRAP法と名付けた）をもとにそのときの細胞の状態変化について定量化を行った。さらに、張力ホメオスタシスの分子・物理機構に手がかりを得るための数値解析を行った。また、実験結果の一部に対して熱統計力学に基づく解析を行い、現象の背後にある細胞の性質について数理的な記述のもと解釈することができた。具体的には、細胞が張力ホメオスタシスを満たす条件を数式で表現し、構成要素であるactin filamentにどのような長さ分布をもつことが求められるかを理論的（統計力学および熱力学）に導き、それが実験結果と一致することを示した。
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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
成果をまとめて論文投稿を行うこともできた。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記の数理モデルには精度の観点から改良点が含まれていることも明らかとなった。そこで今後はモデルの改良に取り組みつつ、並行して様々な条件で実験を行い、両者の比較から細胞の性質を解釈・抽出することに取り組む。また、熱統計力学で扱う対象を広げてより普遍性の高いモデルを構築して解析を進める。
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Research Products
(15 results)
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[Journal Article] Mechanosensitive myosin II but not cofilin primarily contributes to cyclic cell stretch-induced selective disassembly of actin stress fibers2021
Author(s)
Huang, W., Matsui, T.S., Saito, T., Kuragano, M., Takahashi, M., Kawahara, T., Sato, M., Deguchi, S.
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Journal Title
American Journal of Physiology Cell Physiology
Volume: 320
Pages: C1153-C1163
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] ARHGAP4-SEPT2-SEPT9 complex enables both up- and down-modulation of integrin-mediated focal adhesions, cell migration, and invasion2021
Author(s)
Kang, N., Matsui, T.S., Liu, S., Deguchi, S.
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Journal Title
Molecular Biology of the Cell
Volume: 32
Pages: ar28, 1-12
DOI
Peer Reviewed
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