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2020 年度 実績報告書

細胞力学応答における細胞核力学場ダイナミクスの役割解明

研究課題

研究課題/領域番号 18H03521
研究機関東京都立大学

研究代表者

坂元 尚哉  東京都立大学, システムデザイン研究科, 准教授 (20361115)

研究分担者 三好 洋美  東京都立大学, システムデザイン研究科, 准教授 (50455367)
伊井 仁志  東京都立大学, システムデザイン研究科, 准教授 (50513016)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワードメカノバイオロジー / 細胞バイオメカニクス / 細胞核 / 細胞骨格 / 細胞内張力
研究実績の概要

細胞骨格によって発生する細胞内張力に対して細胞核が構造的に果たす役割をさらに明らかにするため,細胞核と細胞骨格との架橋タンパク質に作用する力によって蛍光強度比が変化するFRET(Fluorescence resonance energy transfer)センサー分子を発現させ,細胞核へ作用する張力の変化を定性的に評価可能な細胞を実験に用いた.細胞外基質としてポリアクリルアミドゲル上にこの細胞を培養し,細胞牽引力と細胞核へ作用する張力とを同時に評価することに成功した.またその結果,高い平均牽引力を示す細胞において,細胞核に作用する張力が高くなる傾向が得られた.しかし,より低い弾性率の細胞外基質を用いた場合,平均牽引力が減少を示した一方で,細胞核に作用する張力には増加する傾向が認められた.細胞牽引力増加にともなって細胞核へ伝達される力も増加すると考えられているが,細胞外基質変化に伴う細胞内張力調節において,細胞核に作用する力には細胞牽引力とは異なる機構が存在する可能性が考えられた.
また,細胞牽引力および細胞核へ伝達される力に対する中間径フィラメントの役割を検討した.中間径フィラメント分解よりにより,細胞牽引力の増加が確認された.一方で,細胞核へ作用する張力に変化は見られなかった.さらに蛍光タンパク質標識した中間径フィラメントを発現した細胞を用いて,細胞牽引力変化時の中間径フィラメント構造変化の生細胞イメージングを行った.試薬処理により牽引力を抑制した際に,中間径フィラメントが圧縮から解放される挙動が認められた.これらの結果から,中間径フィラメントは細胞内張力バランスにおいて圧縮要素として働き,アクチンフィラメント張力による細胞外基質の変位を抑制している可能性が考えられた.

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Virginia Commonwealth University/University of California, Berkeley(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Virginia Commonwealth University/University of California, Berkeley
  • [国際共同研究] シンガポール科学技術研究庁バイオ情報研究所(シンガポール)

    • 国名
      シンガポール
    • 外国機関名
      シンガポール科学技術研究庁バイオ情報研究所
  • [雑誌論文] A 3D tissue model-on-a-chip for studying the effects of human senescent fibroblasts on blood vessels2021

    • 著者名/発表者名
      Pauty Joris、Nakano Shizuka、Usuba Ryo、Nakajima Tadaaki、Johmura Yoshikazu、Omori Satotaka、Sakamoto Naoya、Kikuchi Akihiko、Nakanishi Makoto、Matsunaga Yukiko T.
    • 雑誌名

      Biomaterials Science

      巻: 9 ページ: 199~211

    • DOI

      10.1039/D0BM01297A

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Intranuclear strain in living cells subjected to substrate stretching: A combined experimental and computational study2021

    • 著者名/発表者名
      Tsukamoto Shingo、Asakawa Takumi、Kimura Shun、Takesue Naoyuki、Mofrad Mohammad R.K.、Sakamoto Naoya
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanics

      巻: 119 ページ: 110292~110292

    • DOI

      10.1016/j.jbiomech.2021.110292

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 高浸透圧刺激による尿細管細胞の細胞骨格構造の変化が腎線維化に与える影響2020

    • 著者名/発表者名
      宮野貴士,鈴木敦詞,坂元尚哉
    • 学会等名
      第59回日本生体医工学会大会
  • [学会発表] Quantitative analysis of nuclear local viscoelastic changes in human Mesenchymal Stem Cells during osteoblast differentiation2020

    • 著者名/発表者名
      K. Matsushita, N. Sakamoto, S. Ii, H. Miyoshi
    • 学会等名
      Summer Biomechanics, Bioengineering and Biotransport Conference 2020
    • 国際学会
  • [学会発表] Intranuclear mechanics under cell substrate stretching: AN experimental and computational study2020

    • 著者名/発表者名
      S. Tsukamoto, S. Kimura, T. Asakawa, N. Takesue, M.R.K. Mofrad, N. Sakamoto
    • 学会等名
      Intranuclear mechanics under cell substrate stretching: AN experimental and computational study
    • 国際学会
  • [学会発表] 高浸透圧条件下における尿細管細胞内カルシウムイオン濃度変化2020

    • 著者名/発表者名
      鈴木敦詞,宮野貴士,坂元尚哉
    • 学会等名
      日本機械学会第31回バイオフロンティア講演会
  • [学会発表] ヒト間葉系幹細胞の細胞核内粘弾性変化の骨芽細胞分化における役割2020

    • 著者名/発表者名
      松下 晃次郎,坂元 尚哉,伊井 仁志,三好 洋美
    • 学会等名
      日本機械学会2020年度年次大会
  • [学会発表] 細胞核変形の細胞外基質伸展方向との関係2020

    • 著者名/発表者名
      塚本真悟,Keng-Hwee Chaim,武居直行,坂元尚哉
    • 学会等名
      日本機械学会第31回バイオフロンティア講演会
  • [備考] Mechanobiology Laboratoryのホームページ

    • URL

      http://www.comp.sd.tmu.ac.jp/mechanobio/index.html

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公開日: 2021-12-27  

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