機械刺激による細胞の形づくり:極性形成と接着斑分子の役割

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10480180
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 曽我部 正博 名古屋大学, 医学部, 教授 (10093428)
• 研究分担者: 辰巳 仁史 名古屋大学, 医学部, 助教授 (20171720)
• キーワード: 内皮細胞 / 伸展刺激 / 形態変化 / インテグリン / ライブイメージング / 近接場顕微鏡

研究概要

血管内皮細胞は紡錘形を呈し、血管走行に対してその長軸を平行に配列している。拍動による血管周方向の周期的一軸伸展刺激がこうした形態や配列(伸展軸に垂直な紡錘形と配列)を導くことが分かっている。我々はその細胞内シグナリングを解析し、これまでに、{一軸周期伸展刺激→SAチャネル活性化→細胞内Ca上昇→カルシニューリン活性化→srcの脱燐酸化とその活性化→接着斑蛋白質チロシン燐酸化→接着斑と細胞骨格の再編成→形態応答}という細胞内シグナルカスケードを明らかにした。しかし、細胞内Ca^<2+>濃度の空間分布はほぼ均一で偏りは見られず、やはり伸展刺激で上昇する細胞内cAMPは形態変化に直接関わらないことなどが判明した。これに対して細胞骨格(ストレスファイバー)は形態変化に先立って伸展軸に垂直に配向することから、細胞形態応答の極性(伸展軸に対して垂直に配列する性質)は、伸展刺激を直接受容するインテグリン/細胞骨格系に基づくという仮説を立てた。本研究の目的は、この仮説を検証するためにインテグリンの動態をライブ観察する実験系を開発することである。その結果、1)インテグリンの細胞外ドメインを特異的に認識するFITC標識抗体を用いて、インテグリンの長時間ライブ観察を可能とした。2)近接場顕微鏡を製作し、細胞膜―基質の接着面に分布する標識蛋白質(インテグリン)のみを高精度に観察できるようにした。3)微分干渉検鏡、通常蛍光検鏡、共焦点検鏡、反射干渉検鏡、全反射近接場検鏡、フォトブリーチングが可能な光学顕微鏡を開発し、インテグリンの代謝や移動をリアルタイムで観察できるようになった。予備的観察によって、インテグリンによる接着斑の形成速度が約0.15um/分、その交換は約15分程度であることなどが分かった。今後伸展刺激を与えたときのインテグリンの動態を解析して上記の仮説を検証する予定である。

研究成果

• [文献書誌] Kanzaki M, Nagasawa M, Kojima I, Sato C, Naruse K, Sokabe M, Iida H.: "Molecular identification of a eukaryotic, stretch-activated nonselective cation channel."Science. 285. 882-886 (1999)
• [文献書誌] Kawakubo, T., Naruse, K., Matsubara, T., Hotta, N., Sokabe, M.: "Characterization of a newly found stretch-activated K_<Ca,ATP> channel in cultured chick ventricular myocytes."Am J Physiol. 276. H1827-H1838 (1999)
• [文献書誌] Sai X, Naruse K, Sokabe M: "Activation of pp60src is critical for stretch-induced orienting response in fibroblasts."J Cell Science. 112. 1365-1373 (1999)
• [文献書誌] Tatsumi H, Katayama Y, Sokabe, M.: "Attachment of growth cones on substrate observed by multi-mode light microscopy."Neurosci Res. 35(1). 197-206 (1999)
• [文献書誌] Qi, Z., Sokabe, M.: "Accelerated diffusion of Na^+ in a hydrophobic region revealed by molecular dynamics simulations of a synthetic ion channel."Biophys Chem. 82. 183-193 (1999)
• [文献書誌] Qi, Z., Sokabe, M. Donowaki, K., Ishida H.: "A structure-function study on a de novo synthetic hydrophobic ion channel."Biophys J. 76. 631-641 (1999)
• [文献書誌] Akaike T, Wang J. Sokabe M, Takuma S, Kamibayashi K, Nomura Y.: "Optical signals from a rat brain slice stained with voltage-sensitive dyes reflect field potentials of the neural activity: differentiation of optical signals with time and field potentials. In Slow synaptic responses and modulation"(Eds.Kuba K, Higashida H, Brown DA, Yoshioka T.)"Springer Verlag. 455 (1999)
• [文献書誌] 曽我部正博: "イオンシステム ―神経興奮と筋収縮の分子機構― In「わかりやすい分子生物学」(榊、菊池、村松編)"丸善. 277 (1999)