多数の細胞の力と運動がもたらす管腔構造形成のロジック

• 研究領域: ミクロからマクロへ階層を超える秩序形成のロジック
• 研究課題/領域番号: 25127701
• 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: 北海道大学
• 研究代表者: 芳賀 永 北海道大学, 先端生命科学研究科(研究院), 教授 (00292045)
• 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: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円); 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: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
• キーワード: 細胞・組織 / 上皮管腔組織 / コラーゲンゲル / メカノセンシング / 集団運動

研究実績の概要

本研究課題は，上皮細胞の集団が協調して力を出し合い，管腔組織を形成するロジックを明らかにすることを目的とする．研究代表者はこれまでに，上皮細胞（MDCK細胞）をコラーゲンゲルで重層すると，上皮シートの辺縁部が内側に収縮し，シート全体が湾曲しながら折り返されることで管腔構造が形成されることを発見した．本研究では，この現象が生じるロジックを解明するために，①上皮シート端が折り返す機構，②折り返した細胞に追随して後続細胞が集団で運動する機構，③上皮シートが湾曲し間隙が形成される機構の3点に焦点を当てて研究を遂行した．
平成26年度では，交付申請書における研究実施計画に従って，上皮シート辺縁部を取り囲むアクトミオシン束の収縮力発生機構について調べた．とくに，細胞に大きな収縮力をもたらすII型ミオシン調節軽鎖（MRLC）の2重リン酸化機構に着目して実験を行った．具体的には，阻害剤投与，免疫蛍光染色，siRNAによる発現抑制，FRETプローブを用いた蛍光ライブイメージングを行うことで，MRLCの2重リン酸化に寄与するリン酸化酵素（ROCK，ZIP-kinase，MLCK）の働きについて検討した．その結果，MLCKは折り返しには寄与せず，ROCKとZIP-kinaseの寄与が大きいことが明らかとなった．とくに，ZIP-kinaseの働きについてはあまり知られていなかったので，今回の発見は細胞の集団運動を理解する上で意義が大きいといえる．さらに，研究実施計画に従って，MMP-8の分泌と管腔形成との関係についても調べた．MMP-8の阻害剤を投与したところ，管腔形成に大きな影響を及ぼさないことが明らかとなった．
これらの結果は，平成26年度内にPLoS ONE誌に原著論文として公開することができた．

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。

研究成果

• [雑誌論文] Leader Cells Regulate Collective Cell Migration via Rac Activation in the Downstream Signaling of Integrin Beta1 and PI3K (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Yamaguchi, T. Mizutani, K. Kawabata, and H. Haga
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 号: 1 ページ: 7656-7656
  • DOI: 10.1038/srep07656
  • NAID: 120005567742
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Compressive stress induces dephosphorylation of the myosin regulatory light chain via RhoA phosphorylation by the adenylyl cyclase/protein kinase A signaling pathway. (2015)
  • 著者名/発表者名: Takemoto, T., Ishihara, S., Mizutani, T., Kawabata, K., Haga, H.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 10 号: 3 ページ: e0117937-e0117937
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0117937
  • NAID: 120005613567
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Epithelial Sheet Folding Induces Lumen Formation by Madin-Darby Canine Kidney Cells in a Collagen Gel (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Ishida, R. Tanaka, N. Yamaguchi, G. Ogata, T. Mizutani, K. Kawabata, and H. Haga
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 9 号: 8 ページ: e99655-e99655
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0099655
  • NAID: 120005476150
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Activating Transcription Factor 5 Enhances Radioresistance and Malignancy in Cancer Cells (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Ishihara, M. Yasuda, A. Ishizu, M. Ishikawa, H. Shirato, H. Haga
  • 雑誌名: Oncotarget 巻: 09 Jul 号: 1 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1007/s10616-014-9766-4
  • NAID: 120005613573
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Coating extracelular matrix proteins on a (3-aminopropyl)triethoxysilane-treated glass substrate for improved cell culture. (2014)
  • 著者名/発表者名: Masuda, H.T., Ishihara, S., Harada, I., Mizutani, T., Ishikawa, M., Kawabata, K., Haga, H..
  • 雑誌名: Biotechniques 巻: 56 号: 4 ページ: 172-179
  • DOI: 10.2144/000114156
  • 査読あり
• [雑誌論文] Substrate stiffness regulates temporary NF-κB activation via actomyosin contractions (2013)
  • 著者名/発表者名: Seiichiro Ishihara, Motoaki Yasuda, Ichiro Harada, Takeomi Mizutani, Kazushige Kawabata, Hisashi Haga
  • 雑誌名: Experimental Cell Research 巻: 319(19) 号: 19 ページ: 2916-2927
  • DOI: 10.1016/j.yexcr.2013.09.018
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tempo-Spatial Change of Cellular Stiffness and Geometry in the Process of Developing Epithelial Cell-Cell Adhesion Measured by Atomic Force Microscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Tanaka, T. Mizutani, H. Haga, and K. Kawabata
  • 雑誌名: pn. J. Appl. Phys. Conf. Proc. 巻: 1 ページ: 11004-11004
  • 査読あり
• [学会発表] Collective migration of Madin-Darby canine kidney cells led by leader cells is dependent on Rac1, integrin beta1, and PI3K (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Yamaguchi, T. Mizutani, K. Kawabata, and H.i Haga
  • 学会等名: 第66回日本細胞生物学会大会
  • 発表場所: 奈良県新公会堂（奈良県春日野町）
  • 年月日: 2014-06-11 – 2014-06-13
• [学会発表] Epithelial sheet folding triggers a luminal structure of Madin-Darby canine kidney cells in a collagen gel (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Ishida, R. Tanaka, N. Yamaguchi, N. Ishikawa, G. Ogata, T. Mizutani, K. Kawabata, and H. Haga
  • 学会等名: International Symposium on 3D Tissue Fabrication
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究（東京都）
• [学会発表] 3D tulip hat-like morphogenesis on deformable substrate induced by cellular contractile force (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Imai, T. Mizutani, K. Kawabata, and H. Haga
  • 学会等名: International Symposium on 3D Tissue Fabrication
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究（東京都）
• [備考] 集団で動く細胞 「上皮細胞の折り返し運動」
  • URL: http://altair.sci.hokudai.ac.jp/g3/research/res_02/
• [備考] 研究業績
  • URL: http://altair.sci.hokudai.ac.jp/g3/member/hagaj.html