バイオメカニクスのモデルとしての細胞ストレッチングシステムの開発

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08558078
• 応募区分: 試験
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 大日方 昂 千葉大学, 理学部, 教授 (40012413)
• 研究分担者: 伊井 一夫 岩城硝子(株), ライフサイエンスセンター, 所長 ; 木村 一郎 早稲田大学, 人間科学部, 教授 (10011595) ; 松田 良一 東京大学, 教養学部, 助教授 (90165837) ; 佐藤 成樹 千葉大学, 理学部, 助手 (40261896)
• キーワード: 機械的ストレス / ストレッチング / バイオメカニクス / 筋肥大 / 筋細胞 / 細胞培養 / 平滑筋 / アクチン繊維

研究概要

細胞(特に筋細胞)が機械的なストレス(ストレッチング)に対してどの様に応答し、形態的、機械的にどう変化するかを解明することを目的として、この研究目的に適切な実験システムの確立も含め研究した。得られた成果は以下の通りである。
1)細い平行な溝をつけたシリコン膜上に細胞を培養し、膜を反復伸展させて細胞に機械的なストレスを施す装置の確立のために、専門技術者と打ち合わせ・討議して試作装置を作成した。装置の有効性を点検、改善の余地を引き続き検討中である。
2)培養骨格筋細胞を伸展率10%で数日間反復伸展させると、細胞の肥大が起こり、外液からアルブミンを取り込み、蓄積することを見出した。この現象はアルブミンに特異的であり、アルブミン蓄積は生理的な意義があると推測された。
3)平滑筋株細胞(A10)を伸展率20%で数時間反復伸展させると、細胞は伸展方向に対して直交する方向で最配列するが、同方向へのアクチン繊維の配列が先行することを見出した。微小管は同様な振る舞いはしない。またガドリニウム存在下ではアクチンは配向するが細胞は配向しないことを見出した。
4)トリ骨格筋細胞の初代培養を無血清培地で行う適切な条件を見出し、アクチビンが筋分化に抑制的に働くことを見出した。
5)個体レベルで細胞に機械的な負荷をかけるモデルシステムとして、遠心による重力負荷を施し、筋細胞(特に遅筋で)肥大とミオシンのタイプの変化をみいだした。

研究成果

• [文献書誌] Nagaoka,Rie: "Quantitative analysis of low molecular weight actin-binding proteins,ADF and profilin,expressed in developing and degenerating chicken skeletal muscles." J.Muscle Res.Cell Motil.17. 463-473 (1996)
• [文献書誌] Abe,Hiroshi: "Xenopus laevis ADF/cofilin : a phosphorylation-regulated protein essential for development." J.Cell Biol.132. 871-885 (1996)
• [文献書誌] Kusano,Ken-ichi: "Primary structure of mouse actin-related 1 (Arpl) and its tissue expression." Zool.Sci.(in pr). (1997)
• [文献書誌] Obinata,TAkashi: "Low molecular-weight G-actin binding proteins involved in the regulation of actin assembly during myofibrillogenesis." Cell Str.Func.(in pr). (1997)
• [文献書誌] Ono,Shoichiro: "Identification of an actin binding region and a protein kinase C phosphorylation site on human fascin. 55 kDa actin-bundling protein." J.Biol.Chem.272(4). 2527-2533 (1997)
• [文献書誌] Ono,Shoichiro: "Disorganization of actin filaments induced by overexpression of cofilin in mammalian cultured cells." Cell Str.Func.21. 491-499 (1997)