多数の細胞の力と運動がもたらす管腔構造形成のロジック

• Project Area: From molecules, cells to organs : trans-hierarchical logic for higher-order pattern and structures
• Project/Area Number: 25127701
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 芳賀 永 北海道大学, 先端生命科学研究科(研究院), 教授 (00292045)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000); Fiscal Year 2014: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2013: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
• Keywords: 細胞・組織 / 上皮管腔組織 / コラーゲンゲル / メカノセンシング / 集団運動

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題は，上皮細胞の集団が協調して力を出し合い，管腔組織を形成するロジックを明らかにすることを目的とする．研究代表者はこれまでに，上皮細胞（MDCK細胞）をコラーゲンゲルで重層すると，上皮シートの辺縁部が内側に収縮し，シート全体が湾曲しながら折り返されることで管腔構造が形成されることを発見した．本研究では，この現象が生じるロジックを解明するために，①上皮シート端が折り返す機構，②折り返した細胞に追随して後続細胞が集団で運動する機構，③上皮シートが湾曲し間隙が形成される機構の3点に焦点を当てて研究を遂行した．
平成26年度では，交付申請書における研究実施計画に従って，上皮シート辺縁部を取り囲むアクトミオシン束の収縮力発生機構について調べた．とくに，細胞に大きな収縮力をもたらすII型ミオシン調節軽鎖（MRLC）の2重リン酸化機構に着目して実験を行った．具体的には，阻害剤投与，免疫蛍光染色，siRNAによる発現抑制，FRETプローブを用いた蛍光ライブイメージングを行うことで，MRLCの2重リン酸化に寄与するリン酸化酵素（ROCK，ZIP-kinase，MLCK）の働きについて検討した．その結果，MLCKは折り返しには寄与せず，ROCKとZIP-kinaseの寄与が大きいことが明らかとなった．とくに，ZIP-kinaseの働きについてはあまり知られていなかったので，今回の発見は細胞の集団運動を理解する上で意義が大きいといえる．さらに，研究実施計画に従って，MMP-8の分泌と管腔形成との関係についても調べた．MMP-8の阻害剤を投与したところ，管腔形成に大きな影響を及ぼさないことが明らかとなった．
これらの結果は，平成26年度内にPLoS ONE誌に原著論文として公開することができた．

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Leader Cells Regulate Collective Cell Migration via Rac Activation in the Downstream Signaling of Integrin Beta1 and PI3K (2015)
  • Author(s): N. Yamaguchi, T. Mizutani, K. Kawabata, and H. Haga
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 5 Issue: 1 Pages: 7656-7656
  • DOI: 10.1038/srep07656
  • NAID: 120005567742
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Compressive stress induces dephosphorylation of the myosin regulatory light chain via RhoA phosphorylation by the adenylyl cyclase/protein kinase A signaling pathway. (2015)
  • Author(s): Takemoto, T., Ishihara, S., Mizutani, T., Kawabata, K., Haga, H.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 10 Issue: 3 Pages: e0117937-e0117937
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0117937
  • NAID: 120005613567
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Epithelial Sheet Folding Induces Lumen Formation by Madin-Darby Canine Kidney Cells in a Collagen Gel (2014)
  • Author(s): S. Ishida, R. Tanaka, N. Yamaguchi, G. Ogata, T. Mizutani, K. Kawabata, and H. Haga
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 9 Issue: 8 Pages: e99655-e99655
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0099655
  • NAID: 120005476150
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Activating Transcription Factor 5 Enhances Radioresistance and Malignancy in Cancer Cells (2014)
  • Author(s): S. Ishihara, M. Yasuda, A. Ishizu, M. Ishikawa, H. Shirato, H. Haga
  • Journal Title: Oncotarget Volume: 09 Jul Issue: 1 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1007/s10616-014-9766-4
  • NAID: 120005613573
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Coating extracelular matrix proteins on a (3-aminopropyl)triethoxysilane-treated glass substrate for improved cell culture. (2014)
  • Author(s): Masuda, H.T., Ishihara, S., Harada, I., Mizutani, T., Ishikawa, M., Kawabata, K., Haga, H..
  • Journal Title: Biotechniques Volume: 56 Issue: 4 Pages: 172-179
  • DOI: 10.2144/000114156
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Substrate stiffness regulates temporary NF-κB activation via actomyosin contractions (2013)
  • Author(s): Seiichiro Ishihara, Motoaki Yasuda, Ichiro Harada, Takeomi Mizutani, Kazushige Kawabata, Hisashi Haga
  • Journal Title: Experimental Cell Research Volume: 319(19) Issue: 19 Pages: 2916-2927
  • DOI: 10.1016/j.yexcr.2013.09.018
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tempo-Spatial Change of Cellular Stiffness and Geometry in the Process of Developing Epithelial Cell-Cell Adhesion Measured by Atomic Force Microscopy (2013)
  • Author(s): R. Tanaka, T. Mizutani, H. Haga, and K. Kawabata
  • Journal Title: pn. J. Appl. Phys. Conf. Proc. Volume: 1 Pages: 11004-11004
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Collective migration of Madin-Darby canine kidney cells led by leader cells is dependent on Rac1, integrin beta1, and PI3K (2014)
  • Author(s): N. Yamaguchi, T. Mizutani, K. Kawabata, and H.i Haga
  • Organizer: 第66回日本細胞生物学会大会
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂（奈良県春日野町）
  • Year and Date: 2014-06-11 – 2014-06-13
• [Presentation] Epithelial sheet folding triggers a luminal structure of Madin-Darby canine kidney cells in a collagen gel (2014)
  • Author(s): S. Ishida, R. Tanaka, N. Yamaguchi, N. Ishikawa, G. Ogata, T. Mizutani, K. Kawabata, and H. Haga
  • Organizer: International Symposium on 3D Tissue Fabrication
  • Place of Presentation: 東京大学生産技術研究（東京都）
• [Presentation] 3D tulip hat-like morphogenesis on deformable substrate induced by cellular contractile force (2014)
  • Author(s): M. Imai, T. Mizutani, K. Kawabata, and H. Haga
  • Organizer: International Symposium on 3D Tissue Fabrication
  • Place of Presentation: 東京大学生産技術研究（東京都）
• [Remarks] 集団で動く細胞 「上皮細胞の折り返し運動」
  • URL: http://altair.sci.hokudai.ac.jp/g3/research/res_02/
• [Remarks] 研究業績
  • URL: http://altair.sci.hokudai.ac.jp/g3/member/hagaj.html