研究課題
国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(A))
細胞運動は、２次元平面あるいは３次元空間の細胞を用いて解析されてきたため、単純な解析系が望まれていた。研究チームは、細胞が１次元ファイバー上に接着し運動することを見出し、また、申請者は、I-BARドメインを持つIRSp53が、１次元の細胞運動に関与する突出膜の構造形成を担っていることを明らかにしてきた。さらに、IRSp53が、核と細胞膜を結びつけ、核の移動を担うことを見出した。本研究で、この知見を発展させ、１次元、２次元、３次元の細胞の突出膜形成と核の移動を結びつけ、細胞運動を駆動する分子機構を比較し、解明する。さらに、これらの細胞運動を統合して理解する理論を開発することを試みる。
１次元、２次元、３次元運動の実験的解析米国共同研究チームでは、直径100 nm程度以上のポリスチレンファイバーをメッシュ状に編み込み、細胞外基質の繊維に相当する太さの人工繊維を得ることができる。研究では、米国共同研究先の作成したポリスチレンファイバーに、申請者らが渡航前に作成したIRSp53や関連因子のノックアウト細胞などを用い、米国共同研究先にて申請者と共同で１次元の細胞外基質での細胞運動の性質、特に、細胞膜と核の連結機構、を顕微鏡観察した。その結果、細胞突起の形成が亢進することがわかった。一方で、IRSp53が形成する細胞突起は、細胞外小胞へと転換することがわかってきた。１次元ファイバー上で細胞突起の切断の様子を観察したところ、その増加が見られた。さらに、前年度理論予測されたミオシンとIRSp53などの膜を変形するタンパク質やアクチン重合が、細胞突起形成において協働し、その協働は、１次元ファイバー上で増大していることが示された。１次元、２次元、３次元運動の理論的解析IRSp53のような膜結合タンパク質をアクチンなどの膜変形能力を定式化し、格子モデルで表現したところ、膜を曲げる力が加わることが、突起形成に必要十分であることを理論的に示すことに成功した。現在のところ２次元平面上の細胞のみシミュレーションに成功している。さらに、細胞突起は、細胞の表面を移動することがシミュレーションにより示され、実験結果と一致することがわかった。
2: おおむね順調に進展している
当初の目的は達し、細胞外小胞などへ展開できているため。
細胞突起の伸長だけでなく、その切断などへ展開していく予定である。１次元ファイバーとミオシンやIRSp53などの分子の組み合わせなどにより、細胞外小胞を大量に産生するプラットフォームを形成する。
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