| 研究課題/領域番号 |
23K14176
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分44010:細胞生物学関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
山本 昌平 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 助教 (10963259)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2024年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2023年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | 光操作 / 細胞膜 / アクトミオシン / 形態形成 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
細胞の形態変化は、多様な細胞の機能のために重要である。細胞の形態は、細胞膜と細胞内外の物理的および生化学的な相互作用によって制御されるが、その時空間的な複雑性のために、基本原理の理解は遅れている。申請者はこれまでに、光照射によって、細胞膜の特性を局所的に操作する新たな技術を開発した。本研究は、この新たな技術を用いて、細胞膜における力学-化学応答を解析することで、細胞形態の時空間的な制御原理の解明を目指す。さらに、多細胞集団における、細胞膜の形状変化も光操作技術により解析することで、細胞周囲との相互作用が個々の細胞の形態に及ぼす影響も明らかにする。
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| 研究実績の概要 |
細胞の形態制御は、細胞の遊走や分裂といった細胞個々のふるまい、さらには組織レベルでの形態形成のために重要である。本研究は、細胞形態を光で操作する技術を確立し、細胞の形態変化による細胞の応答を解析することで、細胞形態の時空間的な制御原理を明らかにすることを目指している。
当該年度は、まず細胞形状の光操作技術の確立に焦点を当てた。光に応答し、細胞の形態変化を誘導する化合物のスクリーニングを行った結果、複数の効果的な化合物を同定した。これらの化合物を用いることで、光照射部位で局所的な細胞の形状変化を誘導することが可能になった。この形状変化過程を生細胞イメージングによって観察すると、光照射に伴って、細胞膜に係留されたアクチン繊維層が細胞膜から脱離することがわかった。さらに、アクチン繊維層の解離後に、再度アクチン繊維が集積し、それに伴い、細胞が元の形状へ戻ることがわかった。また、局所的なアクチン繊維層の脱離と一過的な細胞形状の変化は、細胞全体のアクチン繊維網の動態に影響を与えることも示唆された。また、この形状操作により、複数のアクチン制御因子が特徴的な動態を示すことが明らかになった。これらの観察結果は、細胞が細胞膜に係留されたアクチン繊維層の脱離または形状変化を感知し、アクチン繊維の集積や分布を制御することによって、細胞形状を制御するシステムの存在を示唆した。さらに、細胞の形状変化に対する応答性が、細胞周期や細胞接着によって変化することがわかった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
細胞の形状を光と化合物で制御する新たな技術を開発することができた。また、開発した技術を用いて、細胞の局所的な形状変化に伴うアクチン繊維網の時空間的な変化を可視化することができた。これらの技術は、細胞の形状変化と細胞内応答の連携に寄与する因子の同定に応用できるため、細胞形態の制御原理の理解へ貢献することが期待できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでに、細胞の形状変化に伴い、複数のアクチン制御因子が特徴的な動態を示すことがわかった。そこで、それらの因子を手掛かりに、アクチン繊維層の脱離に伴う細胞膜の形状変化を認識し、アクチン繊維層の再集積を誘導する因子群を探索する。また、光操作技術を用いて得られた情報を元に、細胞遊走や分裂における細胞の形態変化とアクチン繊維制御因子群の動態を定量的に明らかにする。これらの解析により、細胞形態の制御における力学化学クロストークの時空間的な理解を試みる。
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