細胞熱力学の創成：細胞内熱物性の測定とサーマルシグナルの理解

• 研究課題/領域番号: 25707035
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 生物物理・化学物理・ソフトマターの物理
• 研究機関: 東京慈恵会医科大学 (2015); 早稲田大学
• 研究代表者: 大山 廣太郎 東京慈恵会医科大学, 医学部, 特別研究員 (70632131)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 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: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2014年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2013年度: 19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円)
• キーワード: 細胞熱力学 / 温度測定 / 蛍光イメージング / 熱物性 / 温度感受性 / 神経細胞 / ブレブ / 熱伝導 / 単一細胞 / 熱伝導率 / 細胞熱物性

研究成果の概要

本研究の最終目標は、「単一細胞は局所的な温度変化をいかに生み出し、感じ、有効利用しているか」を明らかにする新学問領域「細胞熱力学」を創成することである。本研究では、(１）細胞内熱伝導解析、（２）単一細胞の局所的な温度センシング機構の解明（温度勾配下における極性ブレブ形成、局所加熱による神経突起伸長の誘発など）、という各テーマを遂行し、熱・温度を介した細胞内外シグナル伝達（サーマルシグナル）の理解に役立つ重要な知見を得ることができた。

研究成果

• [国際共同研究] Russian Academy of Sciences(ロシア連邦)
• [雑誌論文] Directional bleb formation in spherical cells under temperature gradient (2015)
  • 著者名/発表者名: Oyama, K.,* Arai, T., Isaka, A., Sekiguchi, T., Itoh, H., Seto, Y., Miyazaki, M., Itabashi, T., Ohki, T., Suzuki, M.* and Ishiwata, S.* (Corresponding authors)
  • 雑誌名: Biophys. J. 巻: 109 号: 2 ページ: 355-364
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2015.06.016
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Triggering of high-speed neurite outgrowth using an optical microheater. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kotaro Oyama, Vadim Zeeb, Yuki Kawamura, Tomomi Arai, Mizuho Gotoh, Hideki Itoh, Takeshi Itabashi, Madoka Suzuki & Shin’ichi Ishiwata
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 号: 1 ページ: 16611-16611
  • DOI: 10.1038/srep16611
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The 105 gap issue between calculation and measurement in single-cell thermometry (2015)
  • 著者名/発表者名: Madoka Suzuki, Vadim Zeeb, Satoshi Arai, Kotaro Oyama, and Shin’ichi Ishiwata
  • 雑誌名: Nature Methods 巻: 12 ページ: 802-803
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] High-frequency sarcomeric auto-oscillations induced by heating in living neonatal cardiomyocytes of the rat (2015)
  • 著者名/発表者名: Shintani, S., Oyama, K. Fukuda, N., and Ishiwata, S.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 巻: 457 号: 2 ページ: 165-170
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2014.12.077
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microscopic heat pulse-induced calcium dynamics in single WI-38 fibroblasts (2014)
  • 著者名/発表者名: Itoh, H., Oyama, K., Suzuki M., and Ishiwata, S.
  • 雑誌名: BIOPHYSICS 巻: 10 号: 0 ページ: 109-119
  • DOI: 10.2142/biophysics.10.109
  • NAID: 130004940803
  • ISSN: 1349-2942
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fluorescent Nanothermometers for Local Temperature Measurement Inside Living Cells (2014)
  • 著者名/発表者名: Kotaro Oyama, Satoshi Arai, Madoka Suzuki
  • 雑誌名: The Bulletin of the Society of Nano Science and Technology 巻: 13(1) ページ: 49-56
  • NAID: 40020260511
• [学会発表] Regulation of cellular functions by microscopic heat pulses (2015)
  • 著者名/発表者名: Kotaro Oyama, Madoka Suzuki, Shin’ichi Ishiwata
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] Thermosensitive Ca2+ burst in rat hippocampal neurons through ryanodine receptors (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuki Kawamura, Kotaro Oyama, Hideki Itoh, Vadim Zeeb, Madoka Suzuki, Shin’ichi Ishiwata
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] High-frequency sarcomeric auto-oscillations induced by heating in living neonatal cardiomyocytes of rat (2015)
  • 著者名/発表者名: Seine A Shintani, Kotaro Oyama, Norio Fukuda, Shin'ichi Ishiwata
  • 学会等名: 第120回 日本解剖学会総会･全国学術集会・第92回 日本生理学会大会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-23
• [学会発表] CHARACTERIZATION OF α-TROPOMYOSIN (TM) MUTANTS THAT CAUSE HYPERTROPHIC CARDIOMYOPATHY (HCM) IN HUMANS: IN VITRO MOTILITY ASSAYS WITH A MICROSCOPIC HEAT PULSE (2015)
  • 著者名/発表者名: Shuya Ishii, Kotaro Oyama, Madoka Suzuki, Masataka Kawai, Shin’ichi Ishiwata
  • 学会等名: Biophysical Society 59th Annual Meeting
  • 発表場所: Boltimore, California
  • 年月日: 2015-02-07 – 2015-02-11
• [学会発表] 温度勾配によって誘起されるHeLa細胞のブレブ形成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大山廣太郎、新井智実、井阪智、関口卓、伊藤秀城、瀬戸裕介、宮崎牧人、板橋岳志、大木高志、鈴木団、石渡信一
  • 学会等名: 2015年生体運動合同班会議
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-01-07 – 2015-01-09
• [学会発表] 心筋細胞内における昇温誘起高速サルコメア振動 (2015)
  • 著者名/発表者名: 新谷正嶺、大山廣太郎、福田紀男、石渡信一
  • 学会等名: 2015年生体運動合同班会議
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-01-07 – 2015-01-09
• [学会発表] Characterization of tropomyosin mutants that cause hypertrophic cardiomyopathy (HCM): In vitro assays with optical tweezers and heat pulse (2014)
  • 著者名/発表者名: Shuya Ishii, Kotaro Oyama, Madoka Suzuki, Masataka Kawai, Shin'ichi Ishiwata
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 北海道
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] High-frequency sarcomeric auto-oscillations in living cardiomyocytes under hyperthermal conditions (2014)
  • 著者名/発表者名: Seine Shintani, Kotaro Oyama, Norio Fukuda, Shin’ichi Ishiwata
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 北海道
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] Ca2+-burst in rat hippocampal neurons induced by microscopic heat pulses (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuki Kawamura, Kotaro Oyama, Hideki Itoh, Madoka Suzuki, Shin’ichi Ishiwata
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 北海道
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] 細胞内の温度測定に適した蛍光ナノ温度計 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大山廣太郎，高林昌生、武井義明、村田篤、新井敏、武岡真司、石渡信一、鈴木団
  • 学会等名: 第12回ナノ学会大会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2014-05-22 – 2014-05-24
• [学会発表] 局所熱パルス法を用いて細胞の温度感受性を解明する (2014)
  • 著者名/発表者名: 大山廣太郎、新谷正嶺、伊藤秀城、石井秀弥、福田紀男、鈴木団、石渡信一
  • 学会等名: 第91回日本生理学会大会
  • 発表場所: 鹿児島
  • 招待講演
• [学会発表] THERMAL ACTIVATION OF CARDIAC THIN FILAMENTS INDUCES CONTRACTION WITHOUT INTRACELLULAR CA2+ CHANGES: STUDIES WITH CARDIOMYOCYTES AND AN IN VITRO MOTILITY ASSAY (2014)
  • 著者名/発表者名: Kotaro Oyama, Shuya Ishii, Tomomi Arai, Seine A. Shintani, Hideki Itoh, Norio Fukuda, Madoka Suzuki, Shin'ichi Ishiwata.
  • 学会等名: Biophysical Society 58th Annual Meeting
  • 発表場所: San Francisco
• [学会発表] BLEB FORMATION IN A HELA CELL INDUCED BY TEMPERATURE GRADIENT. (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomomi Arai, Akira Isaka, Kotaro Oyama, Hideki Itoh, Yusuke Seto, Madoka Suzuki, Shin'ichi Ishiwata.
  • 学会等名: Biophysical Society 58th Annual Meeting
  • 発表場所: San Francisco
• [学会発表] Mapping of thermal conductivity in single living cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Taku Sekiguchi, Kotaro Oyama, Hideki Itoh, Madoka Suzuki, Shin’ichi Ishiwata.
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] Calcium release induced by a microscopic heat pulse in WI-38 fibroblasts (2013)
  • 著者名/発表者名: Hideki Itoh, Kotaro Oyama, Madoka Suzuki, Shin'ichi Ishiwata
  • 学会等名: The 5th EMBO meeting
  • 発表場所: Amsterdam
• [図書] CRC Concise Encyclopedia of Nanotechnology (2015)
  • 著者名/発表者名: Madoka Suzuki , Satoshi Arai , Kotaro Oyama , Shin’ichi Ishiwata
  • 総ページ数: 8
  • 出版者: CRC Press