ドラッグ・リポジショニングと独自アッセイ技術に基づく細胞収縮能回復薬の発見

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K12872
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 出口 真次 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (30379713)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 細胞バイオメカニクス / 細胞収縮力 / メカノミクス / ドラッグ・リポジショニング

研究実績の概要

本研究において、これまでに独自の96ウェルプレートを作製して細胞の（外因性）張力依存性を調べることができる装置を開発してきた。本アッセイおよび方法を用いることにより、外因性張力応答に関わる遺伝子やそれを制御する薬剤のスクリーニングを行うことが可能になった。最終年度には内因性の張力依存性を調べることができる装置の設計と開発を行った。ただし当初96ウェルで独自のプレートの設計・製作を行ったが、各ウェル内でのメニスカスが大きく、通常の顕微鏡では観察がしづらいことがわかった。そこでスループット性能は低下するが、24 (=96/4)ウェル性の同プレートおよび装置の設計・製作に切り替えた。この設計変更のために多くの部品を再製作したために予想以上に時間を要したが、これまでに化合物ライブラリーの中から一部の薬剤を選んで本アッセイに適用し、薬剤効果が確かに内因性張力変化として検出できることを確認できている。すなわち、スループット性能に対するハードウェアの寄与においては当初より4分の1の効率へと低下したが、併せて行った解析ソフトウェアの性能において飛躍的な向上があった。具体的にはこれまでの高速フーリエ変換解析ではなく、機械学習（ディープラーニング）を取り入れて、画像から効果の定量化までをほぼ全自動にすることができた。検出に係る精度自体も向上できたことを確認している。従って、全体的に見ればスループットが高く、本質的な点については期待通りの成果を得ることができた。

研究成果

• [雑誌論文] Keratin-binding ability of the N-terminal Solo domain of Solo is critical for its function in cellular mechanotransduction (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara, S., Matsui, T.S., Ohashi, K., Mizuno, K., Deguchi, S.
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: in press ページ: in press
  • DOI: https://doi.org/10.1111/gtc.12682
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spatially selective MRLC regulation is absent in dedifferentiated vascular smooth muscle cells but is partially induced by fibronectin and Klf4 (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsui, T.S., Deguchi, S.
  • 雑誌名: American Journal of Physiology Cell Physiology 巻: 316 ページ: C509-521
  • DOI: https://doi.org/10.1152/ajpcell.00251.2017
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transgelin-1 (SM22α) interacts with actin stress fibers and podosomes in smooth muscle cells without using its actin binding site (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsui, T.S., Ishikawa, A., Deguchi, S.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 505 ページ: 879-884
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2018.09.176
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deformable 96-well cell culture plate compatible with high-throughput screening platforms (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsui, T.S., Wu, H., Deguchi, S.
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 13 ページ: e020344
  • DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0203448
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Solo, a RhoA-targeting guanine nucleotide exchange factor, is critical for hemidesmosome formation and acinar development in epithelial cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara, S., Matsui, T.S., Ohashi, K., Deguchi, S., Mizuno, K.
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 13 ページ: e0195124
  • DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0195124
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] A cellular contractility monitoring system allowing for high- throughput and long-term analysis (2018)
  • 著者名/発表者名: T.S. Matsui, S. Deguchi
  • 学会等名: MHS 2018 (International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science)
  • 国際学会
• [学会発表] Rho-signaling organizes hemidesmosomal cell-substrate adhesion and acinar morphogenesis of epithelial cells through controlling mechanotransduction (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Fujiwara, T.S. Matsui, K. Ohashi, T.M. Magin, K. Mizuno, S. Deguchi
  • 学会等名: International Meeting of the German Society for Cell Biology
  • 国際学会
• [学会発表] High-throughput detection of cellular traction forces for screening of drugs and regulatory genes (2018)
  • 著者名/発表者名: Deguchi, S.
  • 学会等名: Emerging Technologies in Mechanical Engineering 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Stress fibers exhibit unique contractile properties distinct from those of myofibrils (2018)
  • 著者名/発表者名: Deguchi, S., Matsui, T.S
  • 学会等名: 8th World Congress of Biomechanics
  • 国際学会
• [学会発表] Hemidesmosomal cell-substrate adhesion and acinar morphogenesis of epithelial cells are organized by Rho-signaling through controlling mechanotransduction (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Fujiwara, T. S. Matsui, K. Ohashi, K. Mizuno, S. Deguchi
  • 学会等名: 8th World Congress of Biomechanics
  • 国際学会
• [学会発表] Rho-signaling plays crucial roles for cellular mechanotransduction and regulates actin and intermediate filament cytoskeletal reorganization (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Fujiwara, H. Abiko, T. S. Matsui, K. Ohashi, K. Mizuno, S. Deguchi
  • 学会等名: 8th World Congress of Biomechanics
  • 国際学会
• [学会発表] Isometric contractile properties of individual stress fibers (2018)
  • 著者名/発表者名: Deguchi, S.
  • 学会等名: 8th World Congress of Biomechanics
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 細胞収縮力アッセイ in 月刊「細胞」 (2019)
  • 著者名/発表者名: 出口 真次，松井 翼，市川 尚文，木岡 紀幸
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: 北隆館 ニューサイエンス社
• [図書] 細胞収縮力のアッセイ － メカノバイオロジー研究のツール in Precision Medicine プレシジョンメディシンと創薬 (2018)
  • 著者名/発表者名: 出口 真次，松井 翼，市川 尚文，木岡 紀幸
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: 北隆館 ニューサイエンス社
• [備考] 大阪大学・出口研
  • URL: http://mbm.me.es.osaka-u.ac.jp