細胞の力学応答機構解明のための細胞骨格～核膜～ＤＮＡの力学的相互作用の解析

• 研究課題/領域番号: 24680051
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 医用生体工学・生体材料学
• 研究機関: 茨城大学 (2014-2015); 名古屋工業大学 (2012-2013)
• 研究代表者: 長山 和亮 茨城大学, 工学部, 教授 (10359763)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 26,520千円 (直接経費: 20,400千円、間接経費: 6,120千円); 2015年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2014年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2013年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2012年度: 13,910千円 (直接経費: 10,700千円、間接経費: 3,210千円)
• キーワード: 細胞バイオメカニクス / メカノバイオロジー / 細胞骨格 / 細胞核 / DNA / メカノトランスダクション / 生体計測 / バイオメカニクス / 生体・情報計測

研究成果の概要

本研究では，細胞の力学応答機構を解明する観点から，特に血管平滑筋細胞を対象として，細胞骨格と核膜，核膜とクロマチン間の結合に着目し，これらの力学的相互作用と細胞の機能発現との関連性を明らかにすることを目的とした．平滑筋分化において，アクチン細胞骨格と核膜の結合の強化，それに伴う核内クロマチンの凝集が，細胞の収縮機能の保持に密接に関わることが見出された．また，このような平滑筋分化が実際の血管環境に近い細胞配列状態や繰返ひずみ環境でさらに促進されること，核の変形によって細胞増殖の抑制機能が発現することが示唆された．本研究により，細胞に備わる新たな「力学刺激－生化学応答変換機構」の可能性が示された．

研究成果

• [雑誌論文] Dynamics of actin filaments of MC3T3-E1 cells during adhesion process to substrate (2016)
  • 著者名/発表者名: J Wang, S Sugita, K Nagayama, T Matsumoto
  • 雑誌名: Journal of Biomechanical Science and Engineering 巻: 11 号: 2 ページ: 15-00637-15-00637
  • DOI: 10.1299/jbse.15-00637
  • NAID: 130005158997
  • ISSN: 1880-9863
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mechanical trapping of the nucleus on micropillared surfaces inhibits the proliferation of vascular smooth muscle cells but not cervical cancer HeLa cells (2015)
  • 著者名/発表者名: Nagayama K, Hamaji Y, Sato Y, Matsumoto T
  • 雑誌名: J Biomechanics 巻: 48 号: 10 ページ: 1796-1803
  • DOI: 10.1016/j.jbiomech.2015.05.004
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Multiphasic Stress Relaxation Response of Freshly Isolated and Cultured Vascular Smooth Muscle Cells Measured by Quasi-In Situ Tensile Test (2015)
  • 著者名/発表者名: Nagayama K, Saito S, Matsumoto T
  • 雑誌名: Bio-Medical Materials and Engineering 巻: 25 号: 3 ページ: 299-312
  • DOI: 10.3233/bme-151276
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 弾性マイクロピラー基板を用いた細胞張力の定量解析と細胞内の核に加わる力の推定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 長山和亮
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 巻: 81 号: 824 ページ: 14-00692-14-00692
  • DOI: 10.1299/transjsme.14-00692
  • NAID: 130005066603
  • ISSN: 2187-9761
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 細胞の基板接着・伸展過程における焦点接着斑の形態変化の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 王軍鋒, 杉田修啓, 長山和亮, 松本健郎
  • 雑誌名: 生体医工学 巻: 53-6 ページ: 311-318
  • NAID: 130005155604
  • 査読あり
• [雑誌論文] 組織再生に向けた細胞のメカノトランスダクションの理解とその制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 長山和亮，松本健郎
  • 雑誌名: ファルマシア 巻: 51-11 ページ: 1066-1068
  • NAID: 130007447965
  • 査読あり
• [雑誌論文] Estimation of the mechanical connection between apical stress fibers and the nucleus in vascular smooth muscle cells cultured on a substrate (2014)
  • 著者名/発表者名: K Nagayama, S Yamazaki, Y Yahiro, T Matsumoto
  • 雑誌名: Journal of Biomechanics 巻: Vol.47 ページ: 1422-1429
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Estimation of the mechanical connection between apical stress fibers and the nucleus in vascular smooth muscle cells cultured on a substrate (2014)
  • 著者名/発表者名: Nagayama K, Yamazaki S, Yahiro Y, Matsumoto T.
  • 雑誌名: J Biomechanics 巻: 47 号: 6 ページ: 1422-29
  • DOI: 10.1016/j.jbiomech.2014.01.042
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Left-right asymmetry is formed in individual cells by intrinsic cell chirality (2014)
  • 著者名/発表者名: Hatori, R., Ando, T., Sasamura, T., Nakazawa, N., Nakamura, M., Taniguchi, K., Hozumi, S., Kikuta, J., Ishii, M., *Matsuno, K.
  • 雑誌名: Mech Dev 巻: 133 号: 2 ページ: 482-95
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2013.07.023
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 細胞のバイオメカニクス：組織再生に向けたメカノトランスダクションの理解とその制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 長山和亮
  • 雑誌名: 人工臓器 巻: 42-3号 ページ: 205-208
  • NAID: 130003395322
• [雑誌論文] Apical and basal stress fibers have different roles on mechanical regulation of the nucleus in vascular smooth muscle cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Nagayama K, Yahiro Y, Matsumoto T
  • 雑誌名: Cellular and Molecular Bioengineering 巻: 6 号: 4 ページ: 463-481
  • DOI: 10.1007/s12195-013-0294-7
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Haemodynamically dependent valvulogenesis of zebrafish heart is mediated by flow-dependent expression of miR-21 (2013)
  • 著者名/発表者名: Banjo T, Grajcarek J, Yoshino D, Osada H, Miyasaka KY, Kida YS, Ueki Y, Nagayama K Kawakami K, Matsumoto T, Sato M, Ogura T
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 4,1978 号: 1 ページ: 1978-1978
  • DOI: 10.1038/ncomms2978
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ヒト橈骨動脈の力学特性の非侵襲計測法の確立と力学特性に対する平滑筋収縮状態の影響評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 矢口俊之
  • 雑誌名: ライフサポート 巻: 25-4 ページ: 143-150
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-flow-resistance Methacrylate-based Polymer Monolithic Column Prepared by Low-conversion Ultraviolet Photopolymerization at Low Temperature (2013)
  • 著者名/発表者名: Tomohiko HIRANO
  • 雑誌名: Analytical Sciences 巻: 29 号: 2 ページ: 205-211
  • DOI: 10.2116/analsci.29.205
  • NAID: 10031156857
  • ISSN: 0910-6340, 1348-2246
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strain waveform dependence of stress fiber reorientation in cyclically stretched osteoblastic cells : Effects of viscoelastic compression of stress fibers (2012)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki NAGAYAMA
  • 雑誌名: American Journal of Physiology, Cell Physiology 巻: 302 ページ: 1469-1478
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic Changes of Traction Force at Focal Adhesions during Macroscopic Cell Stretching Using an Elastic Micropillar Substrate: Tensional Homeostasis of Aortic Smooth Muscle Cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Nagayama, K., Adachi, A., Matsumoto, T.
  • 雑誌名: Journal of Biomechanical Science and Engineering 巻: 7 号: 2 ページ: 130-140
  • DOI: 10.1299/jbse.7.130
  • NAID: 130002066897
  • ISSN: 1880-9863
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a Novel Magnetic-Driven Micropillar Substrate for Mechanical Stimulation at Individual Focal Adhesions of Cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki NAGAYAMA
  • 雑誌名: Proceedings of the 2012 Summer Bioengineering Conference
  • 査読あり
• [学会発表] 細胞核の変形の生理学的意義に関する実験的考察 (2016)
  • 著者名/発表者名: 長山和亮
  • 学会等名: 日本機械学会 第28回バイオエンジニアリング講演会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2016-01-09
• [学会発表] 繰返引張ひずみ場での細胞組織の再配列原理の理解 (2015)
  • 著者名/発表者名: 長山和亮
  • 学会等名: 日本機械学会 M&M2015材料力学カンファレンス
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-11-21
• [学会発表] Nuclear-cytoskeletal Interactions in Vascular Smooth MuscleCells: Possible Roles in the Regulation of Cell Differentiation (2015)
  • 著者名/発表者名: K Nagayama
  • 学会等名: The International Conference on Advanced Technology in Experimental Mechanics 2015 (ATEM’15)
  • 発表場所: Toyohashi
  • 年月日: 2015-11-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dynamics of Actin during Adhesion Process ofMC3T3-E1 Cells to Substrate (2015)
  • 著者名/発表者名: J Wang, Nagayama, T Matsumoto
  • 学会等名: The International Conference on Advanced Technology in Experimental Mechanics 2015 (ATEM’15)
  • 発表場所: Toyohashi
  • 年月日: 2015-11-04
  • 国際学会
• [学会発表] Nuclear mechanics and mechanotransduction- the role of the nuclear deformability in cell proliferation - (2015)
  • 著者名/発表者名: K Nagayama, Y Murakami, Y Hamaji, Y Sato, T Matsumoto
  • 学会等名: 8th Asian-Pacific Conference on Biomechanics
  • 発表場所: Sapporo
  • 年月日: 2015-09-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dynamics of actin filaments during adhesion process of MC3T3E-1 cells to substrate (2015)
  • 著者名/発表者名: J Wang, S Sugita, K Nagayama, T Matsumoto
  • 学会等名: 8th Asian-Pacific Conference on Biomechanics
  • 発表場所: Sapporo
  • 年月日: 2015-09-16
  • 国際学会
• [学会発表] 細胞の機能調整に関わる核と細胞骨格の相互作用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 長山和亮
  • 学会等名: 日本機械学会第27回バイオエンジニアリング講演会
  • 発表場所: 新潟
  • 年月日: 2015-01-09 – 2015-01-10
• [学会発表] アクチン細胞骨格と核との力学的結合が血管平滑筋細胞の分化に与える影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 長山和亮, 岩田 誠, 松本健郎
  • 学会等名: 日本生物物理学会第52回年会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] Analysis of the Cytoskeleton-Nucleus Mechanotransduction Pathway: Direct Force Transmission from the Actin Stress Fibers to the Nucleus (2014)
  • 著者名/発表者名: K Nagayama, S Yamazaki, Y Yahiro, T Matsumoto
  • 学会等名: The 4th Japan-Switzerland Workshop on Biomechanics
  • 発表場所: Shima, Japan
  • 年月日: 2014-09-01 – 2014-09-05
• [学会発表] Mechanical interaction between actin stress fibers and the nucleus: Direct force transmission from the whole-cell level to the nucleus (2014)
  • 著者名/発表者名: K Nagayama, Y Yahiro, S Yamazaki, T Matsumoto
  • 学会等名: The 7th World Congress of Biomechanics (WBC2014)
  • 発表場所: Boston, MA, USA
  • 年月日: 2014-07-06 – 2014-07-11
  • 招待講演
• [学会発表] Changes in the mechanical environment of nucleus during the phenotypic changes of vascular smooth muscle cells (2014)
  • 著者名/発表者名: K Nagayama, M Iwata, Y Hamaji, T Matsumoto
  • 学会等名: International Symposium on Mechanobiology 2014 (ISMB2014)
  • 発表場所: Okayama, Japan
  • 年月日: 2014-05-20 – 2014-05-23
  • 招待講演
• [学会発表] Study on the Biomechanical Response of Cells using Microfabricated Tools and Optics : Intracellular Force Transmission Involved in Cellular Functions (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki NAGAYAMA
  • 学会等名: The 6th Workshop on Biological Applications of Plasma
  • 発表場所: 大阪(招待講演)
  • 年月日: 2013-03-08
• [学会発表] 細胞の力学応答を司る細胞内構成要素の力学的相互作用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 長山和亮
  • 学会等名: 細胞研究会「細胞機能究明の最前線」
  • 発表場所: 千葉(招待講演)
  • 年月日: 2013-03-01
• [学会発表] 細胞核の力学環境に対するアクチンストレスファイバの役割 (2013)
  • 著者名/発表者名: 長山和亮
  • 学会等名: 日本機械学会 第25回バイオエンジニアリング講演会
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 2013-01-09
• [学会発表] n the Roles of Actin Stress Fibers on the Mechanical Regulation of Nucleus in Adherent Cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki NAGAYAMA
  • 学会等名: The 15th International Conference on Biomedical Engineering. (ICBME 2013)
  • 発表場所: National University of Singapore
• [学会発表] Direct application of mechanical stimuli to cell adhesion sites using magnetic-driven micropillar substrates (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki NAGAYAMA
  • 学会等名: The 15th International Conference on Biomedical Engineering. (ICBME 2013)
  • 発表場所: National University of Singapore
• [学会発表] メカノトランスダクションの解明に向けた細胞バイオメカニクス: 焦点接着斑・細胞骨格・核の力学的相互作用の解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 長山和亮
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸
  • 招待講演
• [学会発表] Actin cap fibers and basal stress fibers have different roles in mechanical regulation of cell nucleus (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki NAGAYAMA
  • 学会等名: The 7th Asian Pacific Conference on Biomechanics (APCB2013)
  • 発表場所: Seoul, Korea
• [学会発表] Laser Nano-Dissection for Analysis of Cellular Mechanotransduction: Direct Force Transmission from Actin Stress Fibers to Nucleus: Tensional Homeostasis of Vascular Smooth Muscle Cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki NAGAYAMA
  • 学会等名: the 35th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
  • 発表場所: 大阪
  • 招待講演
• [学会発表] 骨芽細胞様細胞Saos-2の石灰化過程における核内外の力学場の変化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 長山和亮
  • 学会等名: 日本機械学会 2013年度年次大会
  • 発表場所: 岡山
• [学会発表] On the Roles of Actin Stress Fibers on the Mechanical Environment of Nucleus in Adherent Cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki NAGAYAMA
  • 学会等名: The 23^<rd> RIKEN Center for Developmental Biology (CDB) Meeting, Building multicellular systems from Cellular Cross-Talk
  • 発表場所: 神戸
• [学会発表] In-situ Measurement of Traction Force at Focal Adhesions during Macroscopic Stretch/Release of Vascular Smooth Muscle Cells : Tensional Homeostasis of Vascular Smooth Muscle Cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki NAGAYAMA
  • 学会等名: BMES 2012 Annual Fall Meeting 2012
  • 発表場所: Georgia World Congress Center Atlanta, Georgia, USA
• [学会発表] In-Situ Measurement of Traction Force at Focal Adhesions during Macroscopic Cell Stretching Using an Elastic Micropillar Substrate : Tensional Homeostasis ofVascular Smooth Muscle Cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki NAGAYAMA
  • 学会等名: The Ninth International Conference on Flow Dynamics
  • 発表場所: 仙台(招待講演)
• [学会発表] 血管平滑筋細胞内ストレスファイバの配向ならびに張力の再現機構に関する研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 長山和亮
  • 学会等名: 日本機械学会 M&M2012カンファレンス
  • 発表場所: 松山
• [学会発表] A novel magnetic-driven micropillar array substrate for analysis of mechanical responses of cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki NAGAYAMA
  • 学会等名: 第51回日本生体医工学会大会
  • 発表場所: 福岡(招待講演)
• [学会発表] 磁気駆動マイクロピラーを用いた細胞の接着部位への直接的力学刺激負荷と張力応答解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 井上卓哉
  • 学会等名: 日本機械学会第22回バイオフロンティア講演会
  • 発表場所: 弘前
• [図書] Vascular Engineering (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto T, Sugita S, Nagayama K
  • 総ページ数: 15
  • 出版者: Springer
• [図書] 機械の研究 高度物理刺激と生体応答（3）～力学刺激による細胞応答と応用 その１～ (2015)
  • 著者名/発表者名: 大橋俊朗, 長山和亮, 工藤奨
  • 総ページ数: 10
  • 出版者: 養賢堂
• [図書] 「機械の研究」 (2015)
  • 著者名/発表者名: 長山和亮
  • 出版者: 養賢堂
• [図書] Vascular Engineering (2015)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto T, Sugita S, Nagayama K
  • 出版者: Springer
• [図書] 細胞工学, 細胞骨格・核のメカノトランスダクションとその解析技法： アクチンストレスファイバーから核への力の伝達 (2014)
  • 著者名/発表者名: 長山和亮
  • 総ページ数: 102
  • 出版者: 学研メディカル秀潤社
• [図書] "On the roles of actin stress fibers on the mechanical environment of nucleus in vascular smooth muscle cells", Recent Advances in Mechanobiology, Editor-in-Chief : Shu Chien, Shi Yongde, and Masahiro Sokabe (2012)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki NAGAYAMA
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: Shanghai Scientific and Technological Literature Publishing House
• [備考] バイオメカニクス研究室
  • URL: http://biomech.web.nitech.ac.jp/top.html
• [備考] 茨城大学工学部知能システム工学科
  • URL: https://info.ibaraki.ac.jp/Profiles/27/0002641/profile.html
• [備考] 茨城大学知能システム工学科 長山和亮
  • URL: http://info.ibaraki.ac.jp/Profiles/27/0002641/profile.html
• [備考] 名古屋工業大学・大学院工学研究科・機能工学専攻 バイオメカニクス研究室
  • URL: http://biomech.web.nitech.ac.jp/top.html
• [備考]
  • URL: http://biomech.web.nitech.ac.jp/top.html