Experimental and theoretical study of the cytoskeleton "microtubules" as mechanotransducers.

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K19877
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
• Research Institution: Kyoto University (2022-2023); Hokkaido University (2021)
• Principal Investigator: Akira Kakugo 京都大学, 理学研究科, 教授 (10374224)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: メカノレスポンス / 微小管 / 力学応答 / キネシン / 輸送

Outline of Final Research Achievements

This study aims to verify the hypothesis that “microtubules can function as mechanotransducers of mechanical stress in cells” through the following tasks. First, we investigate the dependence of mechanical stress-modulated cargo transport on motor protein species, second, the correlation with the microstructure changes of microtubules, and third, the analysis of the mechanism by kinetic calculations. The results of this research are expected to have impacts on 1) academic fields such as biomechanics and mechanobiology, where the mechanical environment surrounding cells is the research target, 2) the field of neurological diseases such as traumatic brain injury, where mechanical stress is considered a factor, and 3) the field of materials science, including soft materials, where mechanical sensors and other devices are being developed.

Free Research Field

メカノバイオロジー

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

細胞活動において数多くの重要な役割を果たしている微小管には、力学的な情報を処理する機構も有するのではないか？というのが、近年、当該分野において議論の中心となっている。生理学的研究から幾つか傍証が示されているが、直接的な証拠はなく、微小管が力学ストレスに対するトランスデューサーとして機能するという仮説の検証は、大きな学術的インパクトが期待される。本研究成果は、１）細胞を取り巻く力学環境を研究対象としたバイオメカニクスやメカノバイオロジーなどの学術分野へ、２）力学的なストレスが要因とされる外傷性脳損傷などの神経疾患分野へ、３）力学センサーなどの開発を目指す材料科学分野などへの波及効果も期待される。