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細胞骨格のプレハブ再構築仮説の実証

研究課題

研究課題/領域番号 21654058
研究種目

挑戦的萌芽研究

配分区分補助金
研究分野 生物物理・化学物理
研究機関北海道大学

研究代表者

川端 和重  北海道大学, 大学院・先端生命科学研究院, 教授 (20261274)

研究分担者 水谷 武臣  北海道大学, 大学院・先端生命科学研究院, 助教 (40451405)
研究期間 (年度) 2009 – 2010
研究課題ステータス 完了 (2010年度)
配分額 *注記
3,000千円 (直接経費: 3,000千円)
2010年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
2009年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
キーワード細胞運動 / 走査型プローブ顕微鏡 / 細胞骨格 / アクチン繊維 / モータータンパク / ダイナミクス / 膜小胞 / 単粒子追跡法
研究概要

細胞内における物質輸送は、細胞の巨視的な活動(形態形成や運動など)を考える上で重要な現象である。走査型プローブ顕微鏡(SPM)を用いて、生きた細胞を我々は、既存装置の約500倍の高速(測定時間:数sec/frame)で測定できる生体高速SPM測定法を開発した。この装置を用いて、生きた細胞の骨格形成のダイナミクスを測定し、単粒子追跡解析法によってその運動を解析した。
その結果、細胞表面で数百nm径のアクチン繊維(F-actin)からなる硬い顆粒が多数生成し、ブラウン運動に似た拡散運動をした。モータータンパク質であるミオシンIIを阻害する薬剤(ブレビスタチン)の投与および温度のわずかな低下によって、顆粒の拡散速度が著しく低下した。よって、顆粒の運動は、アクチンネットワークがモータータンパクによってランダムに張力が働き、その結果、拡散が起こっているといえる。
この機構が、細胞膜付近の小胞にも起こっているか否かを膜小胞について調べた。小胞に局在するRab5タンパク質を緑色蛍光タンパク質で標識しその運動を調べた結果、単純拡散様の性質は見られなかったものの、熱的な揺動力による細胞骨格線維の曲げ変形の理論と一致する性質を見出した。この性質は、細胞骨格を破壊する試薬を投与することにより大きく乱された。従って、膜小胞の動きには細胞骨格が寄与しているものの、細胞骨格線維の滑り運動ではなく曲げ変形の動力学が支配的に働いていると考えられる。
細胞膜付近における小胞輸送には、細胞骨格の曲げ変形のダイナミクスが輸送過程を支配している。ここに活性化したミオシンIIが加わると、ミオシンIIが局所的にアクチン線維同士の架橋を破壊しながらアクチン線維を滑らせる。この滑り運動に基づいて新たに単純拡散様の輸送過程が発生し、2つの異なる輸送過程が細胞内で混在すると考えられる。

報告書

(2件)
  • 2010 実績報告書
  • 2009 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2010 2009 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件) 学会発表 (9件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Intermediate structure between chromatin fibers, chromosome revealed by mechanical stretching and SPM measurement2010

    • 著者名/発表者名
      K.Ikeda
    • 雑誌名

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      巻: 400 ページ: 181-186

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Integrin β1-dependent invasive migration of irradiation-tolerant human lung adenocarcinoma cells in 3D collagen matrix2010

    • 著者名/発表者名
      S.Ishihara
    • 雑誌名

      Biochemical, Biophysical Research Communications

      巻: 396 ページ: 651-655

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nano-mechanical properties of living cells expressing constitutively active RhoA effectors2010

    • 著者名/発表者名
      K.Tamura
    • 雑誌名

      Biochemical, Biophysical Research Communications

      巻: 403 ページ: 363-367

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Precise Synthesis, Physicochemical Properties of High-Density Polymer Brushes -Designed with Poly (N-isopropylacrylamide)2010

    • 著者名/発表者名
      H.Suzuki
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 43 ページ: 9945-9956

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamics of leading lamellae of living fibroblasts visualized by high-speed scanning probe microscopy2010

    • 著者名/発表者名
      K.Tamura
    • 雑誌名

      Histochemistry and Cell Biology 133

      ページ: 59-67

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Displacement of Actin Filament and Actin Binding Proteins under Local Deformation Processed by Digital Image Correlation Method in a Myoblast2009

    • 著者名/発表者名
      T.Mizutani
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanical Science and Engineering 4

      ページ: 415-422

    • NAID

      130000129016

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Regulation of Cellular Contractile Force in Response to Mechanical Stretch by Diphosphorylation of Myosin Regulatory Light Chain via RhoA Signaling Cascade2009

    • 著者名/発表者名
      T.Mizutani
    • 雑誌名

      Cell Motility and the Cytoskeleton 66

      ページ: 389-397

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] デジタル画像相関法を用いた生きた細胞における細胞骨格の動態解析Dynamic Behavior of Cytoskeletons Quantified by Digital Correlation Method2010

    • 著者名/発表者名
      水谷武臣
    • 学会等名
      第48回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      仙台市
    • 年月日
      2010-09-21
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 走査型プローブ顕微鏡を用いた細胞の粘弾性測定2010

    • 著者名/発表者名
      水谷武臣
    • 学会等名
      理化学研究所講演会
    • 発表場所
      神戸市 招待講演
    • 年月日
      2010-07-28
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Mechanical Responses of Vertebrate Cells under Some Kinds of External Stretch : Cellular Memory Effects Found by Scanning Probe Microscopy2010

    • 著者名/発表者名
      水谷武臣
    • 学会等名
      第49回日本生体医工学会大会
    • 発表場所
      大阪市 招待講演
    • 年月日
      2010-06-26
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 細胞系集団の協同運動と力学応答2010

    • 著者名/発表者名
      川端和重
    • 学会等名
      日本物理学会第65回年次大会
    • 発表場所
      岡山市
    • 年月日
      2010-03-21
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] SPMを用いた生きた細胞の力学応答の観察2010

    • 著者名/発表者名
      川端和重
    • 学会等名
      応用物理学会第57回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      平塚市
    • 年月日
      2010-03-19
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Propagation of Mechanical Strain Under External Stretch in Mammalian Cells2009

    • 著者名/発表者名
      T.Mizutani
    • 学会等名
      4th International Symposium on Advanced Fluid/Solid Science and Technology in Experimental Mechanics
    • 発表場所
      新潟市
    • 年月日
      2009-11-28
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Cellular responses to cyclic stretch depending on velocity of the stretch2009

    • 著者名/発表者名
      T.Mizutani
    • 学会等名
      第47回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      徳島市
    • 年月日
      2009-11-01
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] SPMによる細胞の多彩な力学応答の観察2009

    • 著者名/発表者名
      川端和重
    • 学会等名
      日本表面科学会第29回表面科学学術講演会
    • 発表場所
      東京都
    • 年月日
      2009-10-27
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 周期外力に依存した細胞の生理的応答2009

    • 著者名/発表者名
      水谷武臣
    • 学会等名
      第4回細胞運動研究会
    • 発表場所
      東広島市
    • 年月日
      2009-09-10
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://altair.sci.hokudai.ac.jp/g3/researchj.html

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://altair.sci.hokudai.ac.jp/g3/researchj.html

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書

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公開日: 2009-04-01   更新日: 2016-04-21  

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