2022 Fiscal Year Annual Research Report
微小管が制御する力学－化学情報の変換メカニズム
Publicly Offered Research
| Project Area | Information physics of living matters |
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| Project/Area Number |
22H04825
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
西村 有香子 北海道大学, 遺伝子病制御研究所, 講師 (90360619)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 微小管 / 接着斑 / RhoGTPase / アクトミオシン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体は重力や張力など様々な力刺激環境に囲まれており、これらの力を感知して細胞内化学シグナル伝達を変動させることで、細胞運動や形態形成などの空間パターンを制御する。インテグリン受容体を含む高次構造体である接着斑は、主に細胞外基質からの力刺激を感知し、細胞質側でアクトミオシン骨格による力発生を制御することが知られているが、この力刺激を細胞内化学シグナルへ変換する分子機構には未だ不明な点が多い。本研究では、接着斑のダイナミクスを制御する物理情報伝達機構に着目し、接着斑が感知した情報がアクトミオシン力発生の細胞内パターンを制御する「力学―化学情報変換」反応のパターニング機構を解明することを目的とする。
本年度は、アクトミオシン力発生の上流因子として考えられる、低分子量Gタンパク質RhoA活性化因子GEF-H1の分子ダイナミクス及びその周辺因子群との関係性について実験と解析を行った。GEF-H1の活性化については微小管への結合・解離が鍵となるため、微小管上における一分子計測と光退色後の蛍光強度回復測定(FRAP)法を試みた。その結果、微小管上の一分子計測が可能であることが確認でき、またFRAP法により微小管への結合・解離速度が測定できた。更に、GEF-H1活性の細胞内分布を制御する数理モデルの構築を目指すため、活性と関連する因子群（RhoGTPases、アクチン、ミオシン分子、接着斑構成分子など）との同時イメージングを行った。現在これらの因子の時空間的関係性について解析を進めている。
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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
本年度後半に顕微鏡のセットアップが完了し、光退色や一分子計測などのイメージング実験が可能となった。また、ターゲットとしている分子GEF-H1や周辺因子群を可視化するプローブについて作成・入手できため、今後はこれらの分子の詳細な時空間的ダイナミクスを追うことが可能になった。
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| Strategy for Future Research Activity |
微小管、接着斑構成因子と周辺因子群の顕微鏡ライブイメージング・画像解析により分子ダイナミクスとアクトミオシンによる力発生を測定し、分子群の相関関係について解析を進める。更に、薬剤や分子の機能阻害により微小管の動的不安定性を変化させたり、微小管と接着斑の相互作用を人為的に操作するなどし、分子ダイナミクスと力発生への影響を検討する。定量データを効率的に得るために、接着斑と微小管の細胞内分布を人為的に操作する系についても検討する。具体的には細胞外基質の微細加工による様々な形態・大きさのマイクロパターンの作成を行い、細胞形態を外部から制御することにより細胞内張力のコントロールを試みる。これらの実験より得られた定量計測データを基に、細胞内の力発生制御を微小管の性質変化によって説明できる数理モデルを構築する。
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