研究課題
基盤研究(A)
生体は様々な物理ストレスに曝される。蛍光単分子イメーンジングを用いた申請者の先行研究によって、数ミクロンの細胞表層の歪みストレスに応答するアクチン線維回生機構や、力学的作用による細胞内アクチン線維の安定化とその分子機序の一端が明らかとなった。本研究では、細胞内にかかる力学作用と構造変換、その細胞外マトリクスへの伝播、個体レベルの力学制御分子機構の役割について、独自のeSiMS単分子イメージング顕微鏡およびIRIS多重超解像顕微鏡を用いた、リアルタイムの分子動態捕捉と高分解能生体構造可視化によって、細胞から個体レベルの多階層において解明する。
本研究では、蛍光単分子可視化法を用い細胞力覚の分子機構を解明した。まず、細胞先導端に接するアクチン重合端が牽引力に向け細胞を伸展させるブラウンラチェット型メカノセンサーとして働くことを発見した。また、先導端で重合したアクチンの15%が0.5秒以内に脱重合する「動的不安定様」動態を見出した。個体の微細構造を可視化する独自の多重超解像顕微鏡IRISについては、ブローブの迅速作製法を複数樹立した。Srcががん治療薬として用いられる複数のキナーゼ阻害薬によって接着斑に移動、SRC遺伝子に薬剤抵抗性変異が入ると阻害薬が早期解離しFAKのリン酸化、Erkの活性化、細胞増殖を逆に促進することを見出した。
細胞先導端に接するアクチン重合端が単に押す力を発生するのみならず、力のセンサーとして細胞伸展を制御するしくみの発見は、細胞・組織再生の力学的制御への応用開発に潜在的な可能性がある。また、がん治療薬の予期せぬ副作用のメカニズムの発見は、使用上の注意を促すだけでなく、低分子量阻害薬の特異性スペクトラムをどう改良すべきについての再考を促すとともに、阻害薬をベースとした細胞シグナルの部分的活性薬開発の可能性も示唆している。IRIS用プローブの既存のモノクローナル抗体からの迅速改良法と合わせ、今後個体レベルの解析・臨床応用が期待される複数の原理が、細胞分子イメージングによる直接観察から得られた。
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