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細胞運動の秩序を担う細胞接着斑・細胞骨格・核の力学的協調作用の解析

公募研究

研究領域動く細胞と場のクロストークによる秩序の生成
研究課題/領域番号 25111711
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 生物系
研究機関茨城大学 (2014)
名古屋工業大学 (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) 2013-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
2014年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2013年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
キーワードバイオメカニクス / 生体・情報計測 / 細胞核 / 細胞骨格 / メカノトランスダクション
研究実績の概要

本研究では、バイオメカニクス・メカノバイオロジー的観点から、血管などの組織内で生じている引張りや圧縮などの力に対し、細胞内の構成要素がどのような応答を見せるに注目している。特に、アクチン細胞骨格と非筋II型ミオシンを主体とする収縮性のアクチンストレスファイバと、細胞核のインタラクションの変化に着目し、細胞周囲の力学場の変化が細胞の運動・配列状態に与える影響を明らかにすることを目的とした。
最終年度である平成26年度は,弾性膜上に培養した細胞に対し、血管壁などで生じている動的な繰返引張ひずみを負荷した際の変化を調査した。ひずみ波形の違い(台形波・三角波)によって、ストレスファイバや細胞核の配向が変化すること、さらに細胞間の接着の有無や、細胞の重層化によっても全く異なる配向特性を示す興味深い結果が得られてきている。すなわち、我々のこれまでの報告も含め、ストレスファイバは、基質の垂直ひずみが最小となる方向(引張も圧縮も生じない方向。弾性膜を引っ張った場合は、引張りに対して50~70°傾いた方向)に優先的に再構築され、その方向に細胞も遊走し、細胞分裂も生じると考えられてきたが、1)細胞内のストレスファイバが圧縮される時間や、非筋II型ミオシンのリン酸化レベルに依存して、細胞配向が全く異なること、2)3次元的な細胞間接着の有無によって、引張や圧縮といった垂直ひずみだけでなく、せん断ひずみを避けるかのように細胞が形態・配向を変化させること、などが分かってきた。これらの知見は、本領域課題である細胞運動・組織形成の秩序原理の理解に繋がるだけでなく、力学場操作による組織形成技術といった応用展開へと繋がると言える。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2015 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 4件、 謝辞記載あり 5件) 学会発表 (10件) (うち招待講演 4件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [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
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 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 test2015

    • 著者名/発表者名
      K Nagayama, S Saito, T Matsumoto
    • 雑誌名

      Bio-Medical Materials and Engineering

      巻: 26 ページ: 1-6

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 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 substrate2014

    • 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

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書 2013 実績報告書
    • 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 chirality2014

    • 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

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 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 ページ: 205-208

    • NAID

      130003395322

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [雑誌論文] Apical and basal stress fibers have different roles on mechanical regulation of the nucleus in vascular smooth muscle cells2013

    • 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

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 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-212013

    • 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

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [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
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 細胞の力学応答解析ツールとしての磁気駆動式マイクロピラー基板の開発2014

    • 著者名/発表者名
      長山和亮, 井上卓也, 松本健郎
    • 学会等名
      日本機械学会 2014茨城講演会
    • 発表場所
      日立
    • 年月日
      2014-09-05
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Analysis of the Cytoskeleton-Nucleus Mechanotransduction Pathway: Direct Force Transmission from the Actin Stress Fibers to the Nucleus2014

    • 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 – 2014-09-04
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Mechanical interaction between actin stress fibers and the nucleus: Direct force transmission from the whole-cell level to the nucleus2014

    • 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
      2014-06-01 – 2014-07-11
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Changes in the mechanical environment of nucleus during the phenotypic changes of vascular smooth muscle cells2014

    • 著者名/発表者名
      K Nagayama, M Iwata, Y Hamaji, T Matsumoto
    • 学会等名
      International Symposium on Mechanobiology 2014
    • 発表場所
      Okayama, Japan
    • 年月日
      2014-05-20 – 2014-05-23
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] On the Roles of Actin Stress Fibers on the Mechanical Regulation of Nucleus in Adherent Cells2013

    • 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
      Singapore
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Direct application of mechanical stimuli to cell adhesion sites using magnetic-driven micropillar substrates2013

    • 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
      Singapore
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [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
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Actin cap fibers and basal stress fibers have different roles in mechanical regulation of cell nucleus2013

    • 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
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [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 Cells2013

    • 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
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] 細胞工学 33 (9), 922-927,(2014)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
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [備考] 茨城大学 工学部 知能システム工学科 長山 和亮

    • URL

      http://info.ibaraki.ac.jp/Profiles/27/0002641/profile.html

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

URL: 

公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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