| 研究課題/領域番号 |
19K12781
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
鈴木 量 京都大学, 高等研究院, 特定助教 (10768071)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 筋管形成 / 細胞接着誘導 / 方向秩序 |
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| 研究実績の概要 |
細胞組織の恒常性は生物にとって重要な性質のひとつである。なかでも細胞外基質の影響はとても重要であり、その機能や非対称的な構造は細胞の形状、運動や方向的秩序を大いに変化させる。特に、発生や疾患の過程では細胞外基質は動的に変化し、そのような力学的微小環境が細胞応答に与える影響を理解するため、筋芽細胞が筋管へと分化する過程に着目し、トポグラフィを自在に変えられるしわ基板をもちいて、筋管形成能の獲得・喪失だけでなく制御する技術を開拓する。
本年度の業績としては、（a）細胞実験を行うためのしわ基板の最適化、（b）基板のトポグラフィの情報を読み取れるしわ波長（ピッチ）範囲の決定、そして(c)しわ基板上での筋管形成に成功したことが挙げられる。（a）については、筋管形成に要する７２時間の間、溶液中で安定しているしわ基板を作ることが可能となった。また、しわの方向を基板の圧縮によって変えても安定していることがわかった。さらに（b）については作成可能なしわ波長範囲（約１-１０ミクロン）で細胞がしわの方向に向きを揃えることを確認した。野生型だけでなく、筋管形成に影響があるPIEZO1欠損株（PIEZO1は機械受容Ca2+チャンネルであり、細胞伸長・方向的秩序を可能とすることにより筋管形成をサポートする）もトポグラフィの情報を読み取った。また、（c）については野生型の筋芽細胞をもちいて様々なしわ波長条件で筋管形成する実験系を確立した。
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| 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
本研究の第一段階（当該年度）では筋芽細胞が基板のトポグラフィ変化に対する応答および筋菅形成の制御の実験を行う基礎となる、（１）しわ基板および（２）その波長の最適化を単細胞のダイナミクスによって行うことを計画した。
（１）しわ基板の最適化：筋管形成の実験では細胞を播種したしわ基板を溶液中で７２時間以上培養する必要がある。しわ基板の作成工程の最適化により、従来数時間しか安定でなかった基板が数日安定する基板の作成に成功した。さらに、しわ方向に圧縮することにより、その方向を変えることのできるしわ基板はひずみによって基板のトポグラフィが破壊されるケースが多かったが、この点も克服できた。
（２）しわ波長の最適化：野生型の筋芽細胞に加えて、筋管形成ができない遺伝子変異型も使用し、各種が単細胞で基板のトポグラフィの情報を読み取れるしわ波長範囲を決定すると同時に、しわの方向変化に対するコンプライアンスの条件を定めた。しわ基板は波長を１-１０ミクロンの間で自在に制御でき、その範囲の中でも２-６ミクロンの間が一番細胞応答および基板安定性の高い範囲であることを突き止めた。
さらに、本研究の第二段階として計画している「静的」しわ基板における筋管形成の実験にも着手し、おおむね順調に進捗しているといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
実験の基礎となるしわ基板を最適化したことにより、本格的にしわ基板上の筋管形成実験を進めていく。すでに「静的」なしわ基板上で野生型筋芽細胞の筋管形成に成功しているため、細胞集団の挙動を定量的に解析する。具体的には、細胞の形状（アスペクト比）、細胞および細胞骨格（アクチン）の方向秩序変数といった物理的指標を抽出する。またそのためのプラットフォームの確立を目指す。
さらに、野生株における微小環境の構造と筋管形成の関係性だけでなく、筋管形成できない細胞株を用いてしわ基板のトポグラフィが筋管形成へと導くことができるかを探索する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初購入を計画していたオーダーメイドの手動圧縮装置について、試作品の作成とその後の完成品の納品に時間がかかることから、既製品で同等の精度で圧縮を制御できる商品を購入したため生じた。
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