アクチン骨格超分子集合体の動的秩序形成機構と細胞機能発現機構

• 研究領域: 生命分子システムにおける動的秩序形成と高次機能発現
• 研究課題/領域番号: 16H00749
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 水野 健作 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (70128396)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2017年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2016年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
• キーワード: 細胞・組織 / シグナル伝達 / 細胞骨格 / メカニカルストレス / アクチン動態

研究実績の概要

本研究では、アクチン細胞骨格の動的秩序形成機構とその細胞機能について研究を実施し、以下の結果を得た。
１、細胞の力覚応答におけるアクチン骨格動的秩序の機能解析：細胞に対する張力刺激依存的なRhoAの活性化に関与するRho-GEFとして同定したSoloについて、結合タンパク質を解析し、SoloはケラチンK8/K18に加えて、ヘミデスモソーム構成タンパク質であるインテグリンbeta4と結合することを見出し、結合領域を特定した。また、SoloやケラチンK18の発現抑制やROCKの阻害剤によって、ヘミデスモソーム形成が抑制されることを見出した。また、シリコーン膜を使ったシワ形成アッセイによって、Soloは張力の発生する部位に集積することを見出した。
２、３次元組織構築におけるアクチン骨格動的秩序の機能解析：乳腺上皮由来MCF10A細胞をマトリゲル内で３次元培養すると腺房が形成されるが、Soloの発現抑制によって腺房形成が阻害されることを見出した。また、腎上皮由来MDCK細胞をHGF存在下にコラーゲンゲル内で３次元培養すると、管腔様構造を形成するが、SoloやケラチンK18の発現抑制によって、管腔構造の球形化と内腔体積の増加が起こることを見出した。また、管腔の内腔側及び外側の領域で二重リン酸化ミオシン軽鎖(ppMLC)の低下が認められた。また、ケラチン繊維の配向変化が認められた。これらの結果から、Soloは、管腔形成において、細胞周辺の収縮力やケラチン繊維の配向を制御し、管腔の長い形状と内腔の体積の制御に関与していることが示唆された。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] University of Heidelberg/German Cancer Research Center(ドイツ)
• [雑誌論文] PKD regulates actin polymerization, neutrophil deformability and transendothelial migration in response to fMLP and trauma. (2018)
  • 著者名/発表者名: Wille, C., Eiseler, T., Langenberger, S. T., Richter, J., Mizuno, K., Radermacher, P., Huber-Lang, M., Seufferlein, T., and Paschke, S.
  • 雑誌名: J. Leukocyte Biol. 巻: 印刷中 号: 3 ページ: 615-630
  • DOI: 10.1002/jlb.4a0617-251rr
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Solo, a RhoA-targeting guanine nucleotide exchange factor, is critical for hemidesmosome formation and acinar development in epithelial cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Sachiko Fujiwara, Tsubasa S. Matsui, Kazumasa Ohashi, Shinji Deguchi, and Kensaku Mizuno
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 印刷中 号: 4 ページ: e0195124-e0195124
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0195124
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Solo and keratin filaments regulate epithelial tubule morphology. (2018)
  • 著者名/発表者名: Nishimura, R., Kato, K., Fujiwara, S., Ohashi, K., and Mizuno, K.
  • 雑誌名: Cell Struc. Funct. 巻: -
  • NAID: 130007383366
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Role of Intermediate Filaments in Cell Locomotion (2017)
  • 著者名/発表者名: Sachiko Fujiwara and Kensaku Mizuno
  • 雑誌名: eLS. John Wiley & Sons, Ltd: Chichester. 巻: - ページ: 1-9
  • DOI: 10.1002/9780470015902.a0026365
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Roles of the cytoskeleton, cell adhesion, and Rho signaling in mechanosensing and mechanotransduction. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ohashi, K., Fujiwara, S., and Mizuno, K.
  • 雑誌名: J. Biochem. 巻: 161 ページ: 245-254
  • DOI: 10.1093/jb/mvw082
  • NAID: 40021162023
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A pleckstrin homology-like domain is critical for F-actin binding and cofilin-phosphatase activity of Slingshot-1. (2017)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, K., Okabe, H., Kanno, S., Nagai, T., and Mizuno, K.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 巻: 482 号: 4 ページ: 686-692
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.11.095
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coordination of cellular dynamics contributes to tooth epithelium deformations. (2016)
  • 著者名/発表者名: Morita, R., Kihara, M., Nakatsu, Y., Nomoto, Y., Ogawa, M., Ohashi, K., Mizuno, K., Tachikawa, T., Ishimoto, Y., Morishita, Y., and Tsuji, T.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 11 号: 9 ページ: 1-20
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0161336
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Pharmacological inhibition of centrosome clustering by slingshot-mediated cofilin activation and actin cortex destabilization. (2016)
  • 著者名/発表者名: Konotop, G., Bausch, E., Nagai, T., Turchinovich, A., Becker, N., Benner, A., Boutros, M., Mizuno, K., Kramer, A., and Raab, M. S.
  • 雑誌名: Cancer Res. 巻: 76 ページ: 6690-6700
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] メカノセンシングにおける細胞骨格、細胞接着の機能 (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤原佐知子、大橋一正、水野健作
  • 雑誌名: 生化学 巻: 88 ページ: 443-451
  • NAID: 40020948061
  • 査読あり
• [学会発表] Functional roles of RhoA-GEF Solo in mechano-transduction and epithelial tubule formation (2018)
  • 著者名/発表者名: Mizuno, K., Nishimura, R., Ohashi, K.
  • 学会等名: The 6th International Symposium on Dynamical ordering of biomolecular systems for creation of integrated functions
  • 国際学会
• [学会発表] アクチン骨格再構築及び細胞間接着形成におけるRho-GEF, PLEKHG4Bの機能解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 二宮 小牧、水野 健作、大橋 一正
  • 学会等名: 日本生化学会東北支部 第83回例会
• [学会発表] 力覚応答に関与するRhoGEF, Solo の上皮細胞の集団移動における機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 磯崎 友亮、藤原 佐知子、水野 健作、大橋 一正
  • 学会等名: 日本生化学会東北支部 第83回例会
• [学会発表] Solo はミオシン II を介して上皮管腔組織の形態を制御する Solo regulates epithelial tubule morphology through myosin II activity (2017)
  • 著者名/発表者名: 西村 亮祐、加藤 輝、藤原佐知子、大橋 一正、水野 健作
  • 学会等名: 第69回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] ATP 飢餓によるコフィリンロッド形成における Slingshot の関与 Slingshot is involved in ATP-depletion-induced cofilin-actin rod formation (2017)
  • 著者名/発表者名: Dangya Wang、大澤 千尋、大橋 一正、水野 健作
  • 学会等名: 第69回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] PLEKHG4Bのアクチン骨格再構築，細胞間接着における機能 Functional roles of PLEKHG4B in actin cytoskeletal reorganization and cell-cell adhesions (2017)
  • 著者名/発表者名: 二宮 小牧、大橋 一正、水野 健作
  • 学会等名: 第69回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] RhoA 活性化因子 Solo による上皮細胞の集団移動の制御機構 RhoA-GEF Solo regulates collective migration of epithelial cells (2017)
  • 著者名/発表者名: 磯崎 友亮、藤原佐知子、大橋 一正、水野 健作
  • 学会等名: 第69回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] 上皮細胞の細胞ー基質間接着と腺房形成におけるRho-GEF Solo の機能 (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤原佐知子、勝野 真美、大橋 一正、水野 健作
  • 学会等名: 第69回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] 新たな細胞内分子輸送機構Actin Wave と細胞形態形成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 稲垣 直之、勝野 弘子、鳥山 道則、細川陽一郎、水野 健作、池田 和司、作村 諭一
  • 学会等名: 第69回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] 力覚応答に関与するRho-GEF, Soloの同定とアクチン骨格再構築における機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大橋 一正、磯崎 友亮、西村 亮祐、酒井 高輝、藤原佐知子、水野 健作
  • 学会等名: 第40回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Rho-GEF, PLEKHG4Bによるアクチン骨格再構築と細胞間接着形成おける機能 (2017)
  • 著者名/発表者名: 二宮 小牧、水野 健作、大橋 一正
  • 学会等名: 第40回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 力覚応答に関与するRho-GEF, Soloの上皮細胞の集団移動における機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 磯崎 友亮、酒井 高輝、藤原佐知子、水野 健作、大橋 一正
  • 学会等名: 第40回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Rho-GEF Soloは細胞ー基質間接着における力覚応答に関与し上皮腺房形成を制御する (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤原佐知子、出口 真次、松井 翼、水野 健作
  • 学会等名: 第40回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 動物細胞の力覚応答における細胞骨格の役割 (2016)
  • 著者名/発表者名: 水野 健作、藤原 佐知子、大橋一正
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜 国立大ホール（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2016-11-30
  • 招待講演
• [学会発表] 力覚応答に関与するRho-GEF, Soloの上皮細胞の管腔形成における機能解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大橋一正、西村 亮祐、藤原 佐知子、水野 健作
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜 国立大ホール（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2016-11-30
• [学会発表] メカノストレス応答に関与するRho-GEF, Solo の上皮管腔組織形成における役割 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西村 亮祐、大橋一正、藤原 佐知子、水野 健作
  • 学会等名: 第68回日本細胞生物学会大会
  • 発表場所: 京都テルサ（京都府・京都市）
  • 年月日: 2016-06-15
• [学会発表] 上皮細胞の力覚応答と細胞骨格制御に対するRho-GEF Solo の機能 (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤原 佐知子、大橋一正、水野 健作
  • 学会等名: 第68回日本細胞生物学会大会
  • 発表場所: 京都テルサ（京都府・京都市）
  • 年月日: 2016-06-15
• [学会発表] 上皮管腔組織形成におけるSolo の機能解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西村亮祐、大橋一正、藤原佐知子、水野 健作
  • 学会等名: 日本生化学会東北支部第82回例会・シンポジウム
  • 発表場所: 弘前大学（青森県・弘前市）
  • 年月日: 2016-05-21
• [備考] 東北大学 大学院生命科学研究科 情報伝達分子解析分野 水野研究室
  • URL: http://www.biology.tohoku.ac.jp/lab-www/mizuno_lab/