| 研究課題/領域番号 |
21H03804
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分90110:生体医工学関連
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| 研究機関 | 茨城大学 |
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研究代表者 |
長山 和亮 茨城大学, 応用理工学野, 教授 (10359763)
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| 研究分担者 |
上杉 薫 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 助教 (20737027)
山城 義人 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 研究所, 室長 (70751923)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2023年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2022年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円)
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| キーワード | 細胞バイオメカニクス / メカノバイオロジー / 細胞核 / 細胞骨格 / DNA / ＤＮＡ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は，研究代表者らが世界に先駆けて見出した「細胞骨格と核の力学的な繋がり」のメカニズムとその生理学的な意義を明らかにしていく．すなわち，細胞骨格と核の「繋がり」は，細胞の様々な力学応答の感度を決めるキーファクターであり，ある時は積極的に核の中に力を伝えて遺伝子発現を促進させ，またある時は核を力学的に保持して不要な遺伝子を眠らせるといった，生体恒常性の“切り換えスイッチ” を担う可能性が高い．この考えを立証するために，独自の細胞マニピュレーション技術と遺伝子レベルの生化学分析技術を融合した実験系を構築し，細胞骨格と核の「繋がり」に基づく細胞の恒常性の維持・破綻のメカニズムの解明に挑む．
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| 研究成果の概要 |
血管平滑筋細胞の恒常性維持機構を明らかにすべく，培養平滑筋細胞を配列・組織化して収縮型へと分化誘導する手法，原子間力顕微鏡で細胞内張力や核の硬さを詳細解析する手法を開発した．さらに，動脈拍動を考慮した伸展刺激を負荷して細胞応答を解析する技術を確立した．平滑筋分化が促進すると核膜が硬化し，アクチン細胞骨格と核をつなぐリンカー分子が減少する一方で，中間径フィラメントが核を保持することを見出し，正常な分化型平滑筋では核への過剰な力の伝達が抑制されていることが示唆された．一方で，平滑筋の脱分化が進むと核が軟化して変形しやすくなり，伸展刺激下でのYAPの核内移行などが促進される可能性が得られた．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本課題研究で得られた成果は，細胞外の力が細胞骨格を伝わって，遺伝子を保存する核に伝達されることを実験的に証明した研究である．そして，細胞骨格と核の繋がりが，細胞の分化過程で大きく変化することを明らかにし，この繋がりによって細胞への物理的刺激による遺伝子発現感度が決定される可能性を示したものである．今後，それぞれの細胞骨格分子と核をつなぐリンカー分子の選択的操作による創薬技術への展開などが期待できる．また，開発したコラーゲン製の微細溝基質は，血管平滑筋細胞に限らず様々な細胞を用いた人工組織形成用の基材として実用可能性が大きい技術である．
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