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2019 年度 実績報告書

細胞接着を担う細胞小器官の形と機能の関係の解明

研究課題

研究課題/領域番号 18H03518
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) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード細胞接着 / 焦点接着斑 / 細胞バイオメカニクス / 細胞小器官
研究実績の概要

前年度までの研究において細胞-基質間接着(焦点接着斑、focal adhesions: FA)のナノメートルスケールでの形態と、その構造構築に関わる各種構造タンパク質の寄与について計測を行った。ここで得られた形状とタンパク質分布に基づいて力学モデルを構築し、力学的解析(理論解析モデルによる定性的解析および有限要素解析)を行った。その結果、FAは、細胞辺縁部に比べて、細胞近縁部において大きな応力を支えることが示唆された。それを検証するために、FRAP解析(光褪色後蛍光回復法)を行い、構造タンパク質の分子交換速度の計測を行った。その結果、α-actinin-1だけが、(力学モデルから予測される)高応力部位において(低応力部位に比べて)速い分子交換速度を示すことが確認された。FAに作用する力の発生源である非筋II型ミオシンの特異的阻害剤投与のもと同様の測定を行い、ここで観察された分子交換速度と予測応力の間には単に正の相関があるだけでなく、実際に因果関係があることを確認した。すなわち、FAにおいて力の存在時のみに、α-actinin-1の分子交換速度に空間的差異が現れた。他の構造タンパク質(F-actin, talin, vinculin)ではこのような空間的差異は観察されなかったことから、前年度の原子間力顕微鏡による形態観察と整合性のある結果、すなわちα-actinin-1がFAの高さ上昇に寄与し、そのα-actinin-1が伸長されることにより(FAをマクロにみるとそれはせん断応力と見なされる)力を支え、かつ、その結果α-actinin-1が(メカノバイオロジー分野におけるタンパク質結合解析の用語である)slip-bond状に結合・解離速度が促進されることが確認された。

現在までの達成度 (区分)
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

予定されていた一連の実験と解析を実施し、所期の成果を挙げるとともに、予想していなかった新しい発見も得ているため。

今後の研究の推進方策

FAの形と機能について成果を得つつあるが、これまでの研究の根幹となるFA内の応力分布は実際には力学的モデルによる考察に留まっており、実際の測定で確認するに至っていない。そこで今後はFRET(蛍光共鳴エネルギー移動)法を利用した分子センサーを用いて、FA内タンパク質(特にこれまでの結果から主たる役割を果たすことが確認されているα-actinin-1)の張力を評価し、これまでの結果に基づいて構築した力学モデルがFAの性質を実際にどの程度捉えているかについて検証を行うことが課題である。

  • 研究成果

    (39件)

すべて 2019 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (35件) (うち国際学会 6件、 招待講演 4件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Spatially selective MRLC regulation is absent in dedifferentiated vascular smooth muscle cells but is partially induced by fibronectin and Klf42019

    • 著者名/発表者名
      Matsui, T.S., Deguchi, S.
    • 雑誌名

      American Journal of Physiology Cell Physiology

      巻: 316(4) ページ: C509-521

    • DOI

      https://doi.org/10.1152/ajpcell.00251.2017

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Keratin-binding ability of the N-terminal Solo domain of Solo is critical for its function in cellular mechanotransduction2019

    • 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: 24(5) ページ: 390-402

    • DOI

      https://doi.org/10.1111/gtc.12682

    • 査読あり
  • [学会発表] 細胞内タンパク質の分子交換メカニズムに関する研究2019

    • 著者名/発表者名
      齋藤 匠, 松井 翼, 松永 大樹, 福島 修一郎, 出口 真次
    • 学会等名
      第32回バイオエンジニアリング講演会
  • [学会発表] 非平衡開放系における細胞内骨格構造に関する研究2019

    • 著者名/発表者名
      河合 拓真, 松永 大樹, 出口 真次
    • 学会等名
      第32回バイオエンジニアリング講演会
  • [学会発表] ストレスファイバーのひずみ非一様性に関する構造力学的検討2019

    • 著者名/発表者名
      岡本 達樹, 松井 翼, 出口 真次
    • 学会等名
      第32回バイオエンジニアリング講演会
  • [学会発表] 微小管路中の微生物遊泳の数値解析2019

    • 著者名/発表者名
      長藤 拓己 , 松永 大樹, 出口 真次
    • 学会等名
      第32回バイオエンジニアリング講演会
  • [学会発表] 細胞骨格分子動態の局所性に関する考察2019

    • 著者名/発表者名
      本告 楽, 松井 翼, 福島 修一郎, 野井 健太郎, 出口 真次
    • 学会等名
      第32回バイオエンジニアリング講演会
  • [学会発表] CNN に基づく細胞内収縮力評価アルゴリズム2019

    • 著者名/発表者名
      Li Honghan, 松永 大樹, 松井 翼, 出口 真次
    • 学会等名
      第32回バイオエンジニアリング講演会
  • [学会発表] ストレスファイバーにおける張力ホメオスタシスのメカニズムに関する熱力学的考察2019

    • 著者名/発表者名
      上田 唯花, 松永 大樹, 松井 翼, 出口 真次
    • 学会等名
      第32回バイオエンジニアリング講演会
  • [学会発表] Identification of specific Rho GTPase-activating proteins that modulates diverse cellular functions2019

    • 著者名/発表者名
      Kang Na, Tsubasa S. Matsui, Shiyou Liu, Sachiko Fujiwara, Shinji Deguchi
    • 学会等名
      第42回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] Drug screening assay for evaluating cellular contractility2019

    • 著者名/発表者名
      Foncham Jermia Nehwa, Tsubasa S. Matsui, Li Honghan, Daiki Matsunaga, Shinji Deguchi
    • 学会等名
      第42回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] 機械学習によって迫る細胞メカノシグナル機構2019

    • 著者名/発表者名
      李 泓翰, 松永 大樹, 松井 翼, 出口 真次
    • 学会等名
      第42回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] CNN-based cellular contractile force evaluation algorithm2019

    • 著者名/発表者名
      Li Honghang, Daiki Matsunaga, Tsubasa S. Matsui, Shinji Deguchi
    • 学会等名
      MHS2019
    • 国際学会
  • [学会発表] 遺伝子組換え技術を利用した FRAP による分子交換メカニズムの研究2019

    • 著者名/発表者名
      齋藤 匠, 松井 翼, 松永 大樹, 出口 真次
    • 学会等名
      第9回ソフトマター研究会
  • [学会発表] 回転外部磁場下における磁気回転子の集団運動に関する研究2019

    • 著者名/発表者名
      河合 拓真, 松永 大樹, Fanlong Meng, Ramin Golestanian
    • 学会等名
      第9回ソフトマター研究会
  • [学会発表] Involvement of Rho GTPase-activating proteins in cell functions2019

    • 著者名/発表者名
      Kang Na, Tsubasa S. Matsui, Shiyou Liu, Sachiko Fujiwara, Shinji Deguchi
    • 学会等名
      10th Asian-Pacific Conference on Biomechanics 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] CNN-based intracellular contractile force evaluation algorithm2019

    • 著者名/発表者名
      Honghan Li, Daiki Matsunaka, Tsubasa S. Matsui, Shinji Deguchi
    • 学会等名
      10th Asian-Pacific Conference on Biomechanics 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Revealing the mechanism of molecular exchange in living cells2019

    • 著者名/発表者名
      Takumi Saito, Tsubasa S. Matsui, Daiki Matsunaga, Shuichiro Fukushima, Shinji Deguchi
    • 学会等名
      10th Asian-Pacific Conference on Biomechanics 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Delamination of helical actin stress fibers subjected to cell shortening2019

    • 著者名/発表者名
      Tatsuki Okamoto, Tsubasa S. Matsui, Shinji Deguchi
    • 学会等名
      10th Asian-Pacific Conference on Biomechanics 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] 培養骨格筋細胞の発揮張力を評価する測定手法の確立とスループットシステムの開発2019

    • 著者名/発表者名
      濱口 裕貴,松井 翼, 出口 真次, 古市 泰郎, 藤井 宣晴, 眞鍋 康子
    • 学会等名
      第7回若手による骨格筋細胞研究会
  • [学会発表] がん細胞が発生する力のアッセイ2019

    • 著者名/発表者名
      青崎 宏樹, 松井 翼, 出口 真次
    • 学会等名
      第78回日本癌学会学術総会
  • [学会発表] 細胞が発生する力のアッセイ2019

    • 著者名/発表者名
      出口 真次, 松井 翼, 李 泓翰, 福島 修一郎, 松永 大樹
    • 学会等名
      日本機械学会2019年度年次大会
  • [学会発表] Focal adhesionsの新しい描像2019

    • 著者名/発表者名
      出口 真次
    • 学会等名
      日本メカノバイオロジー研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 細胞の恒常性と適応の力学2019

    • 著者名/発表者名
      出口 真次
    • 学会等名
      第59回生物物理若手の会 夏の学校
    • 招待講演
  • [学会発表] 生命の恒常性と適応の力学2019

    • 著者名/発表者名
      出口 真次
    • 学会等名
      大阪大学基礎工学部 第41回公開講座
  • [学会発表] 細胞張力恒常性の分子生物学と力学2019

    • 著者名/発表者名
      出口 真次
    • 学会等名
      代謝調節の分子生物学・独り占めセミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] 細胞内非筋II型ミオシンの動態解析2019

    • 著者名/発表者名
      齋藤 匠, 松永 大樹, 松井 翼, 福島 修一郎, 出口 真次
    • 学会等名
      第30回バイオフロンティア講演会
  • [学会発表] 深層学習による細胞発生力の評価2019

    • 著者名/発表者名
      李 泓翰, 松永 大樹, 松井 翼, 福島 修一郎, 出口 真次
    • 学会等名
      第30回バイオフロンティア講演会
  • [学会発表] ストレスファイバーはなぜ長いか? (Factors that determine the length of stress fibers)2019

    • 著者名/発表者名
      出口 真次, 吉本 昂平, 松井 翼
    • 学会等名
      第19回日本蛋白質学会年会/第71回日本細胞生物学会大会 合同年次大会
  • [学会発表] 細胞接着斑はどのように異なる大きさの力を感知するか? (How do focal adhesions sense different levels of cellular tension?)2019

    • 著者名/発表者名
      松井 翼, 本告 楽, 吉本 昂平, 徳永 昌也, 福島 修一郎, 出口 真次
    • 学会等名
      第19回日本蛋白質学会年会/第71回日本細胞生物学会大会 合同年次大会
  • [学会発表] ストレスファイバー内のミオシン分子数が筋原線維内のそれより一桁少ないのはなぜか? (Factors that determine the number of nonmuscle myosin II in stress fibers)2019

    • 著者名/発表者名
      齋藤 匠, 松井 翼, 福島 修一郎, 松永 大樹, 出口 真次
    • 学会等名
      第19回日本蛋白質学会年会/第71回日本細胞生物学会大会 合同年次大会
  • [学会発表] 培養骨格筋細胞の発揮張力を評価する測定手法の確立 (Establishment of a novel system to evaluate contractile force of cultured skeletal muscle cells)2019

    • 著者名/発表者名
      濱口 裕貴, 松井 翼, 出口 真次, 古市 泰郎, 藤井 宣晴, 眞鍋 康子
    • 学会等名
      第19回日本蛋白質学会年会/第71回日本細胞生物学会大会 合同年次大会
  • [学会発表] 機械学習による細胞発生力の評価2019

    • 著者名/発表者名
      李泓翰, 松永大樹, 松井翼, 福島修一郎, 出口真次
    • 学会等名
      第63回システム制御情報学会研究発表講演会
  • [学会発表] ビジュアルフィードバック制御によるタンパク質複合体線維の顕微粘弾性評価2019

    • 著者名/発表者名
      松井翼, 出口真次
    • 学会等名
      第63回システム制御情報学会研究発表講演会
  • [学会発表] 細胞の力学的適応を担うフィードバックメカニズムの考察2019

    • 著者名/発表者名
      出口真次, 吉本昂平, 松井翼
    • 学会等名
      第63回システム制御情報学会研究発表講演会
  • [学会発表] 骨格筋細胞の収縮力を測定する新技術2019

    • 著者名/発表者名
      眞鍋康子, 濱口裕貴, 松井翼, 出口真次, 古市泰郎, 藤井宣晴
    • 学会等名
      日本栄養・食糧学会
  • [学会発表] Characterizing the mechanical properties of cellular fibers2019

    • 著者名/発表者名
      S. Deguchi
    • 学会等名
      KSME-JSME Joint Symposium in 2019 KSME BioEngineering Division Spring Conference
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] 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
  • [備考] 大阪大学基礎工学部・出口研

    • URL

      http://mbm.me.es.osaka-u.ac.jp

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公開日: 2021-01-27  

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