可逆的に変調可能なしわ基板を用いた筋菅形成の動的制御技術の開拓

• 研究課題/領域番号: 19K12781
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分90110:生体医工学関連
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 鈴木 量 京都大学, 高等研究院, 特定助教 (10768071)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2019年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 筋管形成 / 細胞接着誘導 / 方向秩序 / 筋菅形成

研究開始時の研究の概要

本研究ではトポグラフィ（基板のしわ方向）の動的な変化といった力学的刺激が筋芽細胞の筋菅への分化に与える影響およびそのメカニズムをライブイメージングによって定量的に解明する。そこで得られる、筋菅形成能のコントロールを可能とする力学的刺激の有無や、トポグラフィが筋菅形成制御に影響する時間帯といった結果をもとに力学的刺激を利用した筋菅形成の動的制御技術を開拓する。

研究成果の概要

疾患や発生の過程における細胞外基質の動的変化に対する細胞応答は、細胞組織の恒常性という観点から見て重要である。本研究では筋管形成に着目し、トポグラフィを変えられるしわ基板を用いて筋管形成能の獲得・喪失を定量解析し、筋管形成の動的制御技術を開拓した。
研究成果として、しわ基板上で①野生株の筋管形成能が促進されることを細胞集団の形状と方向秩序変数を用いて定量的に明らかにし、②分化できないPIEZO1欠損細胞を筋管形成へと導くことに成功した。また、様々な時点でしわ方向を90度変化させた結果、筋管形成初期では新しいしわの方向に筋管形成できるが、後期ではトポグラフィ変化の影響を受けないことを突き止めた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

細胞外基質による細胞制御は細胞接触誘導と呼ばれ、様々な凹凸構造基板を用いた細胞応答の研究は数多く報告されてきた。しかし、多くは凹凸構造の方向や波長を変えられない静的な基板を用いたものに限られており、組織における機能と微小環境構造変化の関係性の本質に切り込めていなかった。そのため、本研究で得られた成果は学術的に非常に重要である。
また社会的意義として、本研究で扱った既存のトポグラフィを改めて変えるといった本来自然界で行われている環境構造の動的変化は発生や疾患の過程で生じる細胞外基質の動的な変化に対する細胞応答の理解にも展開可能であり、筋管形成に限らず様々な系の動的制御技術に応用が期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] Extreme deformability of insect cell membranes is governed by phospholipid scrambling (2021)
  • 著者名/発表者名: Shiomi A., Nagao K., Yokota N., Tsuchiya M., Kato U., Juni N., Hara Y., Mori M.X., Mori Y., Ui-Tei K., Murate M., Kobayashi T., Nishino Y., Miyazawa A., Yamamoto A., Suzuki R., Kaufmann S., Tanaka M., Tatsumi K., Nakabe K., Shintaku H., Yesylevsky S., Bogdanov M., Umeda M.
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 35 号: 10 ページ: 109219-109219
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109219
  • NAID: 120007052731
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著