重力変化を含む力学的ストレスに対するメカノセンシング機構

2018 年度 実績報告書

• 研究領域: 宇宙からひも解く新たな生命制御機構の統合的理解
• 研究課題/領域番号: 15H05936
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 成瀬 恵治 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 教授 (40252233)
• 研究分担者: 曽我部 正博 名古屋大学, 医学系研究科, 特任教授 (10093428) ; 小林 剛 名古屋大学, 医学系研究科, 講師 (40402565) ; 高橋 賢 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 助教 (50432258)
• 研究期間 (年度): 2015-06-29 – 2020-03-31
• キーワード: 宇宙 / 宇宙生物学 / 宇宙医学 / メカノバイオロジー / 重力

研究実績の概要

１．細胞の重力応答の観察：回転蛍光顕微鏡はほぼ完成し、現在小型化を目指している。Preliminary実験として回転中及び数十分程度の回転刺激に対する細胞形態変化のイメージングに成功した。解像度が未だ十分でないためにオルガネラの変位の観察までは至っていない。
２．細胞の重力応答における機械刺激受容チャネルの役割：微小重力環境下でのそのYAPの活性低下に機械刺激受容チャネルとして機能する非選択的陽イオンチャネルTRPV4（Transient Receptor Potential Channel V4）活性が関与するのか、検討した。その結果、薬理学的にTRPV4を活性化させると模擬微小重力環境によるYAPシグナル活性の低下が抑えられた。一方、TRPV4発現を抑制すると、重力の強さに依らずYAPシグナル活性が低下した。それらの結果から間葉系幹細胞の重力感知においてYAPの上流でTRPV4が働いていることが示された。１g の重力環境ではTRPV4からカルシウムイオンが流入しYAPシグナルを活性化するのに対し、（模擬）微小重力環境ではTRPV4の活性が抑えられYAPシグナル活性も低下している可能性がある。
３．心筋細胞における伸展刺激の感受機構：無重力環境において、心循環器系のデコンディショニングが起こることは広く知られている。我々は、ラット心筋細胞株H9c2を用い、伸展誘発性の細胞内カルシウムイオン濃度上昇に影響を及ぼす因子の特定を試みた。心筋細胞に一般に発現しているL型カルシウムチャネルの機能を薬理学的に阻害したところ、伸展誘発性カルシウム応答の著しい減弱が認められた。この現象は、RNAiにより同チャネルの発現を抑制した場合にも同様に認められた。さらに、ラットの摘出心臓標本においても、L型カルシウムチャネルの薬理学的阻害は心臓の機械感受性に影響を及ぼした。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

重力を感知する機構として、従来より知られていたYAP/TAZ系に加え、重力センサーの候補としてtransient receptor potential cation channel subfamily V member 4 (TRPV4)を見出したため。

今後の研究の推進方策

１．細胞の重力応答の観察
細胞形態変化のイメージングに成功したが、核などのオルガネラ変位を観測するために解像度の更なる上昇とLEDの輝度向上、小型化に向けた光学系の見直しを行う。
２．細胞の重力応答におけるストレス線維の影響
微小重力環境感知に関する仮説の検証を進めるとともに、筋細胞など他の細胞種における重力感知におけるチャネルの関与を検討する。
３．心筋細胞における伸展刺激の感受機構
ラット心筋細胞株に見られたL型カルシウムチャネルを介した機械感受性応答が、ヒトにおいても見られるかをiPS心筋細胞を用いて検証する。

研究成果

• [雑誌論文] L-type calcium channel modulates mechanosensitivity of the cardiomyocyte cell line H9c2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Ken Takahashi, Shogo Hayashi, Mari Miyajima, Marei Omori, Jing Wang, Keiko Kaihara, Masatoshi Morimatsu, Chen Wang, Jian Chen, Gentaro Iribe, Keiji Naruse, Masahiro Sokabe
  • 雑誌名: Cell Calcium 巻: 79 ページ: 68-74
  • DOI: 10.1016/j.ceca.2019.02.008
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Real-time single molecule kinetics analyses of actin filament severing by actin interacting protein 1 (AIP1) (2019)
  • 著者名/発表者名: Hayakawa K, Sekiguchi C, Sokabe M, Ono S, Tatsumi H
  • 雑誌名: J Mol Biol 巻: 431(2) ページ: 308-322
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2018.11.010. PMID:30439520
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mechanomedicine (2018)
  • 著者名/発表者名: Naruse Keiji
  • 雑誌名: Biophysical Reviews 巻: 10 ページ: 1257～1262
  • DOI: doi: 10.1007/s12551-018-0459-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] MECHANOMEDICINE: applications of mechanobiology to medical sciences and next-generation medical technologies (2018)
  • 著者名/発表者名: NARUSE Keiji
  • 雑誌名: Journal of Smooth Muscle Research 巻: 54 ページ: 83～90
  • DOI: doi: 10.1540/jsmr.54.83
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 特集：宇宙の極限環境から生命体の可塑性をさぐる--1.重力変動の生理機能への影響 細胞の重力応答機構-- (2018)
  • 著者名/発表者名: 高橋 賢、佐々並三紗、長田 仁、成瀬恵治
  • 雑誌名: 生体の科学 巻: 62 ページ: 106-109
• [雑誌論文] Planar compression of extracellular substrates induces S phase arrest via ATM-independent CHK2 activation (2018)
  • 著者名/発表者名: Hayakawa H, Hirata H, Samsonov M, Sokabe M
  • 雑誌名: Biochim Biophys Res Commun 巻: 506(4) ページ: 983-989
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.10.192
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Tensile loads on tethered actin filaments induce accumulation of cell adhesion-associated proteins in vitro (2018)
  • 著者名/発表者名: Kiyoshima D, Tatsumi H, Hirata H, Sokabe M
  • 雑誌名: Langmuir 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.8b02076
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Biophysical mechanisms of membrane thickness dependent MscL gating: An all atom molecular dynamics study (2018)
  • 著者名/発表者名: Katsuta H, Sawada Y, Sokabe M
  • 雑誌名: Langmuir 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.8b02074
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mechanoregulation and pathology of YAP/TAZ via Hippo and non-Hippo mechanisms (2018)
  • 著者名/発表者名: Dobrokhotov O, Samsonov M, Sokabe M, Hirata H
  • 雑誌名: Clin Trans Med 巻: 7(1) ページ: 23
  • DOI: 10.1186/s40169-018-0202-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Reactive oxygen species upregulate expression of muscle atrophy-associated ubiquitin ligase Cbl-b in rat L6 skeletal muscle cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Uchida T, Sakashita Y, Abe T, Kohno S, Hirasaka K, Ohno A, Nakao R, Higashitani A, Higashibata A, Ishioka N, Rudwill F, Kobayashi T, Okumura Y, Choi I, Oarada M, Mills EM, Kondo S, Takeda S, Ishihara N, Tanaka E, Tanaka K, Sokabe M, Nikawa T
  • 雑誌名: Am J Physiol: Cell Physiol 巻: 314(6) ページ: C721-731
  • DOI: 10.1152/ajpcell.00184.2017
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Mechanomedicine. (2019)
  • 著者名/発表者名: Naruse K
  • 学会等名: 9th Federation of the Asian and Oceanian Physiological Societies Congress (FAOPS2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Cell Mechanosensing. (2019)
  • 著者名/発表者名: Naruse K
  • 学会等名: International Symposiumu on LIVING iIN SPACE 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] メカノメディスン (2019)
  • 著者名/発表者名: 成瀬恵治
  • 学会等名: 日本学術会議「心と脳など新しい領域検討小委員会」
  • 招待講演
• [学会発表] 重力変化を含む力学的ストレスに対するメカノセンシング機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 成瀬恵治
  • 学会等名: 新領域学術研究「宇宙に生きる」2018年度 第2回全体会議
• [学会発表] メカノメディスン：基礎医学研究から不妊治療・再生医療への展開のアップデート (2019)
  • 著者名/発表者名: 成瀬恵治
  • 学会等名: 日本生物物理学会北海道支部会講演会
  • 招待講演
• [学会発表] Mechanomedicine. (2018)
  • 著者名/発表者名: Naruse K
  • 学会等名: Mechanobiology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Mechanomedicine and Piezobiology. (2018)
  • 著者名/発表者名: Naruse K
  • 学会等名: The 10th International Conference on High Pressure Bioscience and Biotechnology (HPBB2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 重力変化を含む力学的ストレスに対するメカノセンシング機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 成瀬恵治
  • 学会等名: 新領域学術研究「宇宙に生きる」2018年度 第1回全体会議
• [学会発表] Opening Remarks. (2018)
  • 著者名/発表者名: 成瀬恵治
  • 学会等名: 第56回日本生物物理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Active Mechanosensing at Cell-Substrate and Cell-Cell Adhesions (2018)
  • 著者名/発表者名: Sokabe M, Kobayashi T, Hirata H
  • 学会等名: Asian Biophysics Association Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Mechanobiology of Skin Cancer: Proliferation of Keratinocyte is Regulated by Mechanical Force Generated in the Cell (2018)
  • 著者名/発表者名: Sokabe M, Hirata H
  • 学会等名: The 5th International Conference on Innovative Biology, Medicine and Engineering (ICIBME) in Vietnam
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Plant-Inspired Mechanobiology of Cell Gravi-Sensing in Animal Cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Sokabe M
  • 学会等名: Memorial Symposium for the Establishment of Institute of Space Nutrition in Tokushima University
  • 招待講演
• [学会発表] Mechanobiology of Wound-Repair and Contact-Inhibition/Cancer: Critical Role of Mechanical Forces (2018)
  • 著者名/発表者名: Sokabe M
  • 学会等名: International Conference on Mechanobiology for Regeneration &1st NCKU-CUHK Joint Forum on Cell Therapy & Tissue Engineering
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Toward the Elucidation of Cell Gravi-Sensing in Space (2018)
  • 著者名/発表者名: Sokabe M, Kobayashi T, Nikawa T, Naruse K, Higashibata A
  • 学会等名: 15th Korea-Japan Joint Seminar on Space Environment Utilization Research
  • 招待講演
• [学会発表] メカノバイオロジーの誕生と発展：分子/細胞から組織/器官への展開 (2018)
  • 著者名/発表者名: 曽我部正博
  • 学会等名: JSPSナノテクノロジー第174委員会 第64回研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Mechanobiology of the Contact Inhibition in Cell Proliferation (2018)
  • 著者名/発表者名: 曽我部正博、平田宏聡
  • 学会等名: 第56回日本生物物理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] ミルク放出、創傷治癒、がんのメカノバイオロジー：細胞力覚の実体としくみ (2018)
  • 著者名/発表者名: 曽我部正博
  • 学会等名: 日本薬学会次世代を担う創薬・医療薬理シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Urgent problems to be solved in mechanobiology, Symposium: Mechanomedicine (2018)
  • 著者名/発表者名: 曽我部正博
  • 学会等名: 第95回日本生理学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 再生医療とメカノバイオロジー、シンポジウム“再生医療における物理刺激の役割（メカノバイオロジーとメカノセラピー” (2018)
  • 著者名/発表者名: 曽我部正博
  • 学会等名: 第17回日本再生医療学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] 間葉系幹細胞の足場の硬さ感知における機械刺激受容チャネルTRPV4を介したYAP活性化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田中瑞奈, 平野拓真, 曽我部正博, 小林 剛
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 線虫を用いた筋ミトコンドリア研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 東谷篤志, 小林 剛
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 間葉系幹細胞の重力感知における機械刺激受容チャンネルTRPV4を介したシグナル伝達経路の役割 (2018)
  • 著者名/発表者名: 加藤信靖, 田中瑞奈, 曽我部正博, 小林 剛
  • 学会等名: 日本宇宙生物科学会第32回大会
• [学会発表] ストレス線維の張力低下により誘導された接着斑解体におけるエンドサイトーシスの役割 (2018)
  • 著者名/発表者名: 堀池由朗, 田中瑞奈, 加藤信靖, 成瀬恵治, 曽我部正博, 小林 剛
  • 学会等名: 日本宇宙生物科学会第32回大会