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生体器官並びに細胞は外部からの力学的刺激を受容し、応答することで正常な生体機能を維持する。機械刺激下での機械シグナル(メカノシグナル)の定量化の困難さが技術的障壁となっており、メカノシグナル伝達機構の解明には現在まで至っていない。本研究では、機械刺激の一つであるずり応力(shear stress)下での、分子張力センサーを用いたメカノシグナルの可視化定量技術の構築及び、本結果で得られた知見によるメカノシグナル伝達機構のモデルの提案を目的とした。
本年度は、1)計測系システムの改良と2)分子張力センサーの改変を実施した。
計測システムの改良:一定のshear stressのみならず、拍動を付けたshear stressの細胞への長時間負荷にも成功し、shear stressパターンと細胞の力発生の定量が可能となった。
分子張力センサーの改変:接着分子であるインテグリンとの結合部位の改変やバネ部位の硬さの変更を実施した。その結果、細胞外基質の一つであるfibronectinに存在するsynergy siteが細胞接着力には大きく影響しないが、細胞剥離の阻害効果を持つことが示唆された。さらに、多くのインテグリン分子は1~3 pN程度の力しか生まないが、稀に7 pN程度の力を生むことが1分子レベルでの計測で分かった。また、初期段階での実験結果では、インテグリンはこれらの力を外力に応じて産出した。これらの結果は、外力に応じて結合力を変えるcatch-bondメカニズムでインテグリン分子が動作していることが示唆する。
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