Experimental and theoretical study of the cytoskeleton "microtubules" as mechanotransducers.
| Project/Area Number |
21K19877
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
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| Research Institution | Kyoto University (2022-2023)
Hokkaido University (2021) |
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Principal Investigator |
角五 彰 京都大学, 理学研究科, 教授 (10374224)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
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| Keywords | 微小管 / 物質輸送 / キネシン / ダイニン / 力学ストレス / メカノトランスデューサー |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、”微小管は、細胞内で力学ストレスに対する変換器（メカノトランスデューサー）として機能しうるという”作業仮説を以下の取り組みを通して検証することを目的とする。力学ストレスにより変調される物質輸送の①モータータンパク質種の依存性、②微小管の微細構造変化との相関性、③動力学計算によるメカニズムの考察を通して検証する。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や、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、３）力学センサーなどの開発を目指すソフトマテリアルを含めた材料科学分野などへの波及効果も期待される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
最近、細胞骨格である微小管に力学的なストレスが印加されるとモータータンパク質（ダイニン）を介した物質輸送が変調されるという現象を発見した。本研究では、課題①力学ストレスに対する物質輸送の変調現象がモータータンパク質（ダイニン）に依存しない普遍的な現象であることを、ダイニンとは逆方向に物質輸送するモータータンパク質（キネシン）用いて検証を行った。力学ストレスの印可にはこれまでに開発してきた引張圧縮試験機を用い、キネシンによる物質輸送観察は、複合化した量子ドットを高い時間分解能を有する光学顕微鏡で蛍光イメージングすることで行った。得れた量子ドットの軌跡から輸送速度、移動距離、停止頻度などを解析することで、微小管に印可された力学ストレスとキネシンによる物質輸送との関係性を評価した。課題②では、力学ストレスに対する物質輸送（キネシン）の変調現象と微小管の微細構造変化との相関を、高速原子間力顕微鏡（AFM）イメージング技術を用いて明らかにした。得られた画像データから、微小管を構成するチューブリンや、チューブリンの重合体であるプロトフィラメントなどの構造に関する解析を、さらに物質輸送速度、運動直進性、プロフィラメントの追従性などの解析を行うことで、微視的な情報を得た。課題③では力学ストレスが印可された際の微小管の構造的変化と、それに伴うモータータンパク質との親和性の変化を動力学計算等を用い解析することで、物質輸送変調機構の理論的な考察を行った。
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Report
(3 results)
Research Products
(5 results)
