2015 Fiscal Year Research-status Report

時空間変動高せん断流れ環境における血管内皮細胞のシグナル伝達機構の解明

Research Project

Project/Area Number	26870041
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	吉野大輔東北大学, 流体科学研究所, 助教 (80624816)
Project Period (FY)	2014-04-01 – 2017-03-31
Keywords	血行力学 / 血管内皮細胞 / 流体せん断応力 / せん断応力勾配 / メカノバイオロジー / アポトーシス / ひずみ分布 / タンパク質局在
Outline of Annual Research Achievements	血流に対する血管内皮細胞の応答は、動脈瘤などの血管病変の発症や進展に強い関連を持つことが指摘されているが、血流により生じる細胞周囲の力学環境と血管疾患を支配する細胞内シグナル伝達機構は未だ十分に理解されていない。本研究は、血管疾患好発部位の血流を模擬した流れ負荷培養系を用いて、これまで計測例のない内皮細胞近傍の流れ場の可視化計測を行い、計測融合シミュレーションにより細胞周囲の力学環境を明らかにする。さらに細胞内シグナル伝達機構を解明することで、血管疾患に対する流体力学的要因の正確な理解に基づく予防法や治療薬の開発に貢献することを目的とする。平成27年度は、培養した血管内皮細胞モノレイヤーの3次元形状を共焦点レーザー顕微鏡により計測し、計測した3次元形状から再構築した計算モデルを用いて、内皮細胞近傍の流れ環境を明らかにした。また、前年度構築した流れ負荷培養系を用いた短時間流れ負荷実験により、流れ環境に曝された内皮細胞内ひずみ分布に相当するタンパク質局在の確認に成功した。長時間の流れ負荷実験においては、空間的勾配を有する高せん断応力環境で内皮細胞のアポトーシスが強く誘導されることを明らかにした。また、アポトーシスの誘導の有無に関連して、細胞内局在が変化するタンパク質の存在が示唆できる結果も得られた。
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3次元形状を共焦点レーザー顕微鏡により可視化計測することで、比較的容易に細胞3次元形状を再現した計算モデルを得ることができ、前年度の遅れを取り戻すことができた。計測融合シミュレーションにより得られた細胞内ひずみ分布に一致するタンパク質局在を確認することができたため、前年度に未達成だった目標も概ね達成できたと言える。また、空間的勾配を有する高せん断応力環境において内皮細胞の強いアポトーシス誘導が確認でき、このアポトーシスの誘導の有無に関連して、細胞内局在が変化するタンパク質の存在が示唆できる結果も得られたため、空間的せん断応力勾配に対するメカノセンシング機構の解明に大きく近づいたと判断できる。
Strategy for Future Research Activity	空間的勾配を有する高せん断応力環境において確認された内皮細胞のアポトーシスと関連する細胞内タンパク質局在変化の結果を基に、関連するタンパク質の活性化、発現変化、相互作用を免疫蛍光染色法、ウェスタンブロット法、qPCR法により解析する。得られた研究成果を総括し、血管疾患に関する動物実験や臨床研究の文献調査結果と相互検証することにより、血管疾患の発症および進展に関わる細胞内シグナル伝達機構を解明する。