可逆的に変調可能なしわ基板を用いた筋菅形成の動的制御技術の開拓

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K12781
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 鈴木 量 京都大学, 高等研究院, 特定助教 (10768071)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 筋管形成 / 細胞接着誘導 / 方向秩序

研究実績の概要

発生や疾患の過程では細胞外基質のもつ構造や機能の動的変化に対して細胞は形状、運動や方向的秩序を大いに変化させるため、このような細胞応答は細胞組織の恒常性という観点から見て重要である。そこで本研究では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用いてトポグラフィの動的変化といった力学的刺激が筋管へ分化するメカニズムに与える影響を明らかにするだけでなく、筋管形成の動的制御技術も開拓する。
当該年度以前までには(a)しわ基板の最適化を行い、(b)単細胞が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野生株と筋管形成ができない遺伝子変異型について決定した。また、(c)野生株と筋管形成ができない細胞株についてしわ基板上で筋管形成を観察することに成功し、(d)しわ基板を用いることで野生株が筋管形成する際にしか見られないアクチン構造が筋管形成できない遺伝子変異型の細胞集団でも現れることを発見した。
本年度は(c)、(d)を発展させ、筋管の秩序構造を可能としているアクチン構造に着目し、アクチン細胞骨格を制御しているROCKを阻害する実験を野生株で行った。平面基板上では阻害剤を使用することで特有のアクチン構造を見せる細胞が減り、筋管に見られる秩序構造を失うことを見い出した。しかし、しわ基板上だと阻害剤の影響はなく、筋管が形成されることもわかった。
さらに本年度に計画していた動的しわ基板の実験では、さまざまな時点でしわ方向を90度変化させた結果、筋管形成初期ではしわ方向を変えても新しいしわの方向に筋管形成できるが、筋管形成後期ではすでに筋管形成されている細胞集団はトポグラフィ変化の影響を受けないことを突き止めた。同様な結果は筋管形成できない遺伝子変異型の細胞集団でも見られ、力学的刺激を利用した筋管形成の動的制御が可能であることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Extreme deformability of insect cell membranes is governed by phospholipid scrambling (2021)
  • 著者名/発表者名: Shiomi, A.; Nagao, K.; Yokota, N.; Tsuchiya, M.; Kato, U.; Juni, N.; Hara, Y.; Mori, M. X.; Mori, Y.; Ui-Tei, K.; Murate, M.; Kobayashi, T.; Nishino, Y.; Miyazawa, A.; Yamamoto, A.; Suzuki, R.; Kaufmann, S.; Tanaka, M.; Tatsumi, K.; Nakabe, K.; Shintaku, H.; Yesylevsky, S.; Bogdanov, M.; Umeda, M.
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 35 ページ: 109219～109219
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109219
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著