単一細胞・細胞部位の機械的特性と遺伝子発現情報の相関評価

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20K05288
• 研究機関: 九州工業大学
• 研究代表者: 久米村 百子 九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 准教授 (50533642)
• 研究分担者: 金田 祥平 工学院大学, 工学部, 准教授 (10542467) ; 藤田 博之 東京都市大学, 付置研究所, 教授 (90134642)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: MEMSピンセット / 細胞の機械特性計測 / 遺伝子発現解析 / マイクロ流体デバイス

研究実績の概要

本研究では、細胞の機械的な特徴と、細胞骨格タンパク質の遺伝子発現レベルとの関連性を明らかにする実験プラットフォームを構築し、単一細胞レベルで評価する。マイクロ加工技術により作製したMEMSを用いて細胞の力学計測を行なったのちに、そのまま細胞をマニピュレーションし、遺伝子発現解析を行う。
今年度は主に、課題(1)細胞骨格タンパク質の遺伝子発現情報と機械特性との相関評価、課題(2)細胞骨格タンパク質の発現を制御した細胞の機械特性の評価、を実施した。課題(1)では、複数種類の細胞について、細胞骨格タンパク質の遺伝子発現情報と機械特性との相関データを取得した。細胞の機械特性に関与すると予想されるベータアクチンをターゲットとした遺伝子発現解析のデータ群を得た。その他、いくつかの単一細胞サンプルにおいてビメンチンのデータを得た。ビメンチンとケラチン-14の遺伝子発現レベルを比較することによって、上皮間葉転換との関連性を掘り下げることができると期待したが、実験の結果、ケラチン-14の遺伝子発現レベルが極端に低く、比較に至ってはいない。課題(2)では、細胞骨格タンパク質を人工的に変異させ、その細胞を計測対象とする予定であったが、研究代表者の遺伝学の専門的な知識が浅く、外注した場合は遺伝子改変そのものに費用がかさむ点を考慮すると共に、本研究ではマイクロシステム技術の新規開発と実証に焦点を合わせたいと考え、ラボでの変異細胞の作製を中止した。宇部高等工業専門学校、小林准教授の協力を得て、遺伝子導入により高い転移能を有した細胞を計測対象とし、相関データを得た。
接着細胞の機械特性評価のためのMEMSに関しては、正確な計測結果を得るために実験プロトコルの最適化を行なった。また、接着細胞をMEMSピンセットで引き剥がすために、駆動量の大きなデバイスの設計と作製を行なった。

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

本研究で課題としている項目は、(1)細胞骨格タンパク質の遺伝子発現情報と機械特性との相関評価、(2)細胞骨格タンパク質の発現を制御した細胞の機械特性の評価、(3)細胞内遺伝子発現解析とその細胞部分の機械特性評価の3トピックである。このうち(1)は達成しており、継続的にデータを取得している。(2)についても計測対象を変えたものの、細胞の動態に関係する転移能の高い細胞を対象とした研究を実施できている。

今後の研究の推進方策

今年度までに達成している、浮遊細胞の機械特性計測-遺伝子発現解析のフローを踏まえて、接着細胞についてもデータの取得と評価を進める。接着細胞をマニピュレーションするために、今年度開発した駆動量の大きなMEMSピンセットを活用する。また、宇部高専、小林准教授とのディスカッションを進めながら、移動性の高い細胞の計測データを更に増やし、データの確実性を高める。

次年度使用額が生じた理由

研究進捗会議を対面で実施するために旅費を計上していたが、コロナウイルス感染症拡大防止対策として対面での会議を取りやめたために未使用となった。次年度に対面での会議を実施する予定であるが、再び困難と予想される場合には、遺伝子発現解析で日常的に必要な消耗品を購入するための物品費として使用する。

研究成果

• [雑誌論文] Reduced PHOX2B stability causes axonal growth impairment in motor neurons with TARDBP mutations (2021)
  • 著者名/発表者名: S.Mitsuzawa,N.Suzuki,T.Akiyama,M.Ishikawa,T.Sone,J.Kawada,R.Funayama,M.Shirota,H. Mitsuhashi,S.Morimoto,K.Ikeda,T.Shijo,A.Ohno,N.Nakamura,H.Ono,R.Ono,S.Osana,T.Nakagawa,A.Nishiyama,R.Izumi,S.Kaneda,Y.Ikeuchi,K.Nakayama,T.Fujii,H.Warita,H.Okano,M.Aoki
  • 雑誌名: Stem Cell Reports 巻: 16 ページ: 1527-1541
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2021.04.021
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Stiffness measurements of suspended/adherent cell with MEMS tweezers (2021)
  • 著者名/発表者名: Nobutaka Inoue and Momoko Kumemura
  • 学会等名: 9 th International Symposium on Applied Engineering and Sciences (SAES2021)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 細胞の機械特性と細胞骨格タンパク質の遺伝子発現量の相関評価に向けた 単一細胞搬送から解析までの手法検討 (2021)
  • 著者名/発表者名: 高村公平、久米村百子
  • 学会等名: 化学とマイクロ・ナノシステム学会第44回研究会