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機械モデルと細胞観察でひもとくストレスファイバ回転の力学

公募研究

研究領域ジオラマ環境で覚醒する原生知能を定式化する細胞行動力学
研究課題/領域番号 22H05683
研究種目

学術変革領域研究(A)

配分区分補助金
審査区分 学術変革領域研究区分(Ⅳ)
研究機関山口大学

研究代表者

岩楯 好昭  山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (40298170)

研究期間 (年度) 2022-06-16 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2023年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2022年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
キーワード細胞遊走 / 細胞運動
研究開始時の研究の概要

遊走中の魚類表皮細胞ケラトサイトの細胞体内では、ちょうどラグビーボールの縫い目に沿うように複数配列したストレスファイバが車輪のように回転している。ストレスファイバは本来は直線的な収縮動作しかしない。本研究ではストレスファイバの直線収縮が回転に変換されるメカニズムの解明である。本研究では、ケラトサイトの細胞体を模した機械モデルの動作から変換メカニズムを予測し、その予測が正しいことを細胞観察から明らかにする。

研究実績の概要

これまでに、代表者らはアメーバ運動中の魚類表皮細胞ケラトサイトの細胞体内で、ちょうどラグビーボールの縫い目に沿うように複数配列したストレスファイバが、車輪のように回転するというユニークな運動マシナリーを発見した。ストレスファイバは直線的な収縮動作しかしない。本研究の目的はストレスファイバの直線収縮が回転に変換される“力学”の解明である。生物には人工機械に無いやわらかいという特性がある。本研究では、動力学的視点からストレスファイバの収縮によりやわらかい細胞質が変形し基質を蹴ることで回転トルクが生じるという仮説を立て、細胞観察と機械モデル製作という生物学・工学的手法を組み合わせて仮説を立証する。本研究の成功は、近年注目を集める生物模倣による移動体のソフトロボットへの応用が期待できる。
機械モデルの製作を行った。液混合型シリコーンで成形した細胞体を模したボディに、通電すると収縮するコイルをストレスファイバとして埋め込み、機械モデルを製作した。弾性と接着度はシリコーンの混合比で、収縮力はコイルの太さと通電する電流値で調節する。モデルを最適な収縮率・周期で動作させると回転し前進することを確認した。さらに回転する原因を特定した。(I)モデルの変形で重心が移動するため、(II)基質を蹴るため、の2つの可能性があるが、試作したモデルの動作テスト、すなわち、重心移動を相殺する傾いた基質上では回転し、蹴ることが出来ない後方が崖になった基質上では回転しないことから(II)だと確認できた。

現在までの達成度 (段落)

令和5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

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (1件) (うちオープンアクセス 1件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Linear contraction of stress fibers generates cell body rotation2023

    • 著者名/発表者名
      Okimura, C., Akiyama, S., Nishigami, Y., Zaitsu, R., Sakurai, T. and Iwadate Y.
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: -

    • DOI

      10.1101/2023.01.03.522661

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [学会発表] ケラトサイト集団同士の融合とアクトミオシンケーブルの消失2024

    • 著者名/発表者名
      清水和眞、沖村千夏、岩楯好昭
    • 学会等名
      生体運動研究合同班会議 2024
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 生まれ変わる魚類ケラトサイト集団2024

    • 著者名/発表者名
      西村紀彦、沖村千夏、岩楯好昭
    • 学会等名
      生体運動研究合同班会議 2024
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Demotion of leader cells to followers during the late stages of re-epithelialization in wound repair2023

    • 著者名/発表者名
      Okimura C and Iwadate Y
    • 学会等名
      第61回生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ケラトサイト集団を相似拡大させるリーダー細胞たちの綱引きの均衡2023

    • 著者名/発表者名
      岩永美咲, 沖村千夏, 櫻井建成, 岩楯好昭
    • 学会等名
      生体運動研究合同班会議
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 機械モデルから導かれたケラトサイトのストレスファイバ直動回転変換機構2023

    • 著者名/発表者名
      沖村千夏,秋山珠祐, 西上幸範, 櫻井建成,岩楯好昭
    • 学会等名
      生体運動研究合同班会議
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Cooperative but forcible promotion of follower cells to leaders in collective migration of fish keratocytes2022

    • 著者名/発表者名
      Iwadate Y.
    • 学会等名
      第60回生物物理学会年会シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Linear contraction of stress fibers kicks the substratum for their rotation2022

    • 著者名/発表者名
      沖村千夏,秋山珠祐, 櫻井建成,岩楯好昭
    • 学会等名
      第60回生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Breaking of actomyosin cables in keratocyte collectives and their role in the coordinated collective migration2022

    • 著者名/発表者名
      岩永美咲、沖村千夏、櫻井建成、上野 匡、浦野泰照、岩楯好昭
    • 学会等名
      第60回生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2022-06-20   更新日: 2024-12-25  

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