負の張力センサーとして機能するアクチン線維:その物理化学機構の解明

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21247021
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物物理学
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 曽我部 正博 名古屋大学, 医学系研究科, 教授 (10093428)
• 研究分担者: 辰巳 仁史 名古屋大学, 医学系研究科, 准教授 (20171720)
• 連携研究者: 早川 公英 名古屋大学, 工学研究科, 特任講師 (60467280)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: メカノセンサー / アクチン線維 / コフィリン / ゆらぎ / 1分子観察 / 分子動力学

研究概要

伸展および弛緩した単一アクチン線維に、アクチン線維切断因子(ADF)コフィリンを添加したところ、コフィリンは弛緩したアクチン線維にのみ選択的に結合し、これを切断した。すなわち、アクチン線維は自身の(負の)張力に応じたコフィリン活性の調節を介して、自らの動態(崩壊)を制御する"負のメカノセンサー"として働くことが実証された。アクチン線維が弛緩すると長軸周り(モノマー間)の回転ゆらぎが増大し、コフィリンが結合しやすくなるものと推定された。

研究成果

• [雑誌論文] Imaging and characterization of stretch-induced ATP release from alveolar A549 cells. (2013)
  • 著者名/発表者名: Grygorczyk R, Furuya K, Sokabe M
  • 雑誌名: J Physiol 巻: 591 (5) ページ: 1195-1215
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanosensing by actin filaments and focal proteins. (2012)
  • 著者名/発表者名: Hayakawa K, Tatsumi H, Sokabe M
  • 雑誌名: Commun Integr Biol 巻: 5(6) ページ: 572-577
  • 査読あり
• [雑誌論文] The gating mechanism of the bacterial mechanosensitive channel MscL revealed by molecular dynamics simulations:from tension sensing to channel opening. (2012)
  • 著者名/発表者名: Sawada Y, Murase M, Sokabe M
  • 雑誌名: From tension sensing to channel opening. Channels 巻: 6(4) ページ: 317-331
  • 査読あり
• [雑誌論文] STIM1 regulates platelet-derived growth factor-induced migration and Ca2+ influx in human airway smooth muscle cells. (2012)
  • 著者名/発表者名: Suganuma N, Ito S, Aso H, Kondo M, Sato M, Sokabe M, Hasegawa Y.
  • 雑誌名: PloS ONE 巻: 7(9) ページ: e45056
  • 査読あり
• [雑誌論文] Differential effects of lipids and lyso-lipids on the mechanosensitivity of MscL and MscS (2012)
  • 著者名/発表者名: Nomura T, Cranfield CG, Deplazes E, Owen DM, Macmillan A, Battle AR, Constantine M, Sokabe M, Martinac B
  • 雑誌名: PNAS 巻: 109(22) ページ: 8770-8775
  • 査読あり
• [雑誌論文] Actin filaments function as a tension sensor via tension-dependent binding of cofilin to the filament. (2011)
  • 著者名/発表者名: Hayakawa K, Tatsumi H, Sokabe M.
  • 雑誌名: J Cell Biol 巻: 195(5) ページ: 721-727
  • 査読あり
• [雑誌論文] Force- and Ca^-dependent internalization of integrin in cultured endothelial cells. (2011)
  • 著者名/発表者名: Kiyoshima D, Kawakami K, Hayakawa K,Tatsumi H, Sokabe M.
  • 雑誌名: J Cell Sci 巻: 124(Pt 22) ページ: 3859-70
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visualization of flow-induced ATP release and triggering of Ca^ waves at caveolae in vascular endothelial cells. (2011)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto K, Furuya K, Nakamura M, Kobatake E, Sokabe M, Ando J.
  • 雑誌名: J Cell Sci 巻: 124 ページ: 3477-83
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of tensile force on the mechanical be behaviors of actin filaments. (2011)
  • 著者名/発表者名: Matsushita S, Inoue Y, Hojo M, Sokabe M, Adachi T.
  • 雑誌名: J,Biomech 巻: 4 4(9) ページ: 1776-81
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanoreception by Motile Flagella revealed by Chlamydomonas (2011)
  • 著者名/発表者名: Fujiu K, Nakayama Y, Iida H, Sokabe M, Yoshimura K.
  • 雑誌名: Nature Cell Biol 巻: 13(5) ページ: 630-632
  • 査読あり
• [雑誌論文] Protective role of Gipie, a Girdinfamily protein, in endoplasmic reticulum stress responses in endothelial cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Matsushita E, Asai N, Enomoto A, Kawamoto Y, Kato T, Maeda K, Hattori S, Hagikura M, Takahashi K, Sokabe M, Murakumo Y, Murohara T, Takahashi M
  • 雑誌名: Mol Biol Cell 巻: 22(6) ページ: 736-747
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of Extensional and Torsional Stiffness of Single Actin Filaments by Molecular Dynamics Analysis (2010)
  • 著者名/発表者名: Matsushita S, Adachi T, Inoue Y, Hojo M. Sokabe M.
  • 雑誌名: J Biomech 巻: 43(16) ページ: 3162-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sensing substrate rigidity y mechanosensitive ion channels with stress fibers and focal adhesions. (2010)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi T, Sokabe M.
  • 雑誌名: Curr Opin Cell Biol 巻: 22 ページ: 669-676
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanosensitivity of ion channels based on protein-lipid interaction. (2010)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura K, Sokabe M
  • 雑誌名: J Royal Soc Interface 巻: 7 ページ: S307-S320
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microtubule dydynamics regulate cyclic str etceh-induced cell reorientation in human airway smooth muscle cells.
  • 著者名/発表者名: Morioka M, Parameswarane H, Naruse K, Kondo M, Sokabe M, Hasegawa Y, Suki B, Ito S.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 6(10) ページ: e26384
  • 査読あり
• [学会発表] Mechanotransduction by actin filaments is realized by tension dependent cofilin severing of actin filaments (2013)
  • 著者名/発表者名: SokabeM
  • 学会等名: 14th International Membrane Research Forum: Meso-Scale Molecular Complexes and Domains and their Functions in the Membrane
  • 発表場所: iCeM, Kyoto, Japan
  • 年月日: 20130315-17
• [学会発表] Critical role of mechanosensitive ATP release from mammary alveoli in milk ejection. Symposium on "Emerging Roles of Purinergic Signaling in Mechanobiology" (2012)
  • 著者名/発表者名: Sokabe M, Furuya K
  • 学会等名: Purine 2012 in Fukuoka
  • 発表場所: Fukuoka, Japan
  • 年月日: 20120531-0602
• [学会発表] 細胞力覚の生物物理学と比較生理学、シンポジウム「メカノトランスダクションと生理機能」 (2012)
  • 著者名/発表者名: 曽我部正博
  • 学会等名: 第87回日本生理学会大会
  • 発表場所: 盛岡
  • 年月日: 20120519-21
• [学会発表] Roles of actin cytoskeleton in cellular mechanotransduction (2012)
  • 著者名/発表者名: Sokabe M
  • 学会等名: Symposium on "Force Transduction and Emerging Channels"
  • 発表場所: Berlin, Germany
  • 年月日: 20120509-12
• [学会発表] 細胞力覚研究におけるイオンコンダクタンス顕微鏡(ICM)の有用性と発展性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 曽我部正博
  • 学会等名: 第4回プローブ顕微鏡による表面分析研究会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2012-02-10
• [学会発表] How do forces activate mechanosensitive channels in bacteria and eukaryotic cells? Internatl Symposium on Mechanobiology (2011)
  • 著者名/発表者名: Sokabe M
  • 学会等名: 5th Shanghai International Conference on Biophysics and Molecular biology.
  • 発表場所: Shanghai/Hangzhou, China.
  • 年月日: 20111104-08
• [学会発表] 細胞の重力感知をめぐる諸問題と解決の方向性。シンポジウム"今、改めて考える宇宙生物科学" (2011)
  • 著者名/発表者名: 曽我部正博
  • 学会等名: 第2 5回宇宙生物科学会大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 20110930-1001
• [学会発表] 神経ステロイドによるアルツハイマー病の予防・治療の可能性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 曽我部正博
  • 学会等名: 生理学研究所研究会"超階層シグナル伝達研究の新展開
  • 発表場所: 岡崎
  • 年月日: 20110929-30
• [学会発表] Application of optical recording technique with voltage sensitive dyes to the study of synaptic transmission and plasticity in the brain (2011)
  • 著者名/発表者名: Sokabe M
  • 学会等名: SERC School on "Biophysics in Medicine: Advanced Training in imaging of Experimental Models"
  • 発表場所: Delhi, India
  • 年月日: 20110203-09
• [学会発表] Biophysical and Evolutionary Aspects of Cell mechanosensing by Mechanosensitive Ion Channels (2011)
  • 著者名/発表者名: Sokabe M
  • 学会等名: 7th ABA (Asian Biophysics Association) Symposium.
  • 発表場所: Delhi, India
  • 年月日: 20110129-0202
• [学会発表] 開会挨拶:"生物に学ぶ柔軟なシステムの探索:ゆらぎと多様性をキーワードとして"の主旨 (2011)
  • 著者名/発表者名: 曽我部正博
  • 学会等名: 日本学術会議・学術フォーラム
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2011-09-01
• [学会発表] 神経ステロイドの神経保護作用:アルツハイマー病と脳卒中の新規治療法の可能性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 曽我部正博
  • 学会等名: Replacement Therapy 研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-07-08
• [学会発表] Comparative biophysics and physiology of cell mechanosensing: frompassive to actove touch (2011)
  • 著者名/発表者名: Sokabe M
  • 学会等名: 8th Internationa Congress of Comparative Physiology and Biochemistry
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2011-06-01
• [学会発表] Mehanosensing by ion channels: from bacteria to human. Symposium on " Emerging Mechanobiology" (2010)
  • 著者名/発表者名: 曽我部正博
  • 学会等名: 第48回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 20100920-22
• [学会発表] Mechanotransduction at cell membrane and cell-substrate adhesion (2010)
  • 著者名/発表者名: Sokabe M
  • 学会等名: The 6th GEM4 Summer School on "Cell-cell and cell-substrate adhesion.
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 20100725-0731
• [学会発表] Nano-Mechanobiology: Sensing Mechanical Stimuli and Substrate Rigidity (2010)
  • 著者名/発表者名: Sokabe M
  • 学会等名: NanoBioMedicine Symposium
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 20100121-22
• [学会発表] The Impact of Emerging Nano-Mechanobiology (2010)
  • 著者名/発表者名: Sokabe M
  • 学会等名: Nagoya University FIRST Research Center for Innovative Nanobiodevice International Symposium
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2010-11-15
• [学会発表] Comparative Biophysics of Mechanotransduction: from bacteria to endothelial cells (2010)
  • 著者名/発表者名: Sokabe M
  • 学会等名: The 1st International Symposium on Biorheology
  • 発表場所: Wako, Japan
  • 年月日: 2010-06-02
• [学会発表] Nano-Mechanobiology: Sensing Mechanical Stimuli and Substrate Rigidity
  • 著者名/発表者名: Sokabe M
  • 学会等名: Nano・Biomedicine Sympojium at 4th Ann Met Nanobiomedical Soc
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 00000221-22
• [図書] A Note on Emerging Mechanobiology. In "Recent Advances in Mechanobiology" (Eds. Yongde, Sokabe, et al) (2012)
  • 著者名/発表者名: Sokabe M.
  • 総ページ数: 91-94
  • 出版者: Shanghai Sci Tech Liter Pub House
• [図書] How do forces activate mechanosensitive ion channels in bacterial and eukaryotic cells? (2012)
  • 著者名/発表者名: Sokabe M, Sawada Y, Nomura K, Yoshimura K, Kobayashi T
  • 総ページ数: 95-100
  • 出版者: Shanghai Sci Tech Liter Pub House
• [図書] The role of actin filaments as a force-transmitter and a force-sensor. (2012)
  • 著者名/発表者名: Tatsumi H, Hayakawa K, Hirata H, Sokabe M.
  • 総ページ数: 153-156
  • 出版者: Shanghai Sci Tech Liter Pub House
• [図書] Recent Advances in Mechanobiology (2012)
  • 著者名/発表者名: Shi Y, Sokabe M, et al. (eds.)
  • 総ページ数: 201
  • 出版者: Shanghai Sci Tech Liter Pub House
• [図書] Time-window of progesterone neuroprotection after stroke. In "Cerebral Ischemia/Book 1", (Ed. Balestrino M) (2012)
  • 著者名/発表者名: Cai W, Sokabe M, Chen L
  • 総ページ数: 479-496
  • 出版者: InTech
• [図書] Methods for processing and analyzing single channel data. In "Modern Patch Clamp Techniques" (Ed. Okada Y) (2012)
  • 著者名/発表者名: Sokabe M
  • 総ページ数: 85-104
  • 出版者: Springer Verlag
• [図書] 細胞はどのように力を感じるのか:細胞力覚研究の最前線、In「次世代バイオミメティクス研究の最前線」(下村編) (2011)
  • 著者名/発表者名: 曽我部正博
  • 総ページ数: 119-126
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] Nanotechnology in mechanobiology: mechanical manipulation of cells and organelle while monitoring intracellular signaling. In "Mechanosensing Biology" (ed. Noda M) (2010)
  • 著者名/発表者名: Tatsumi H, Hayakawa K, Sokabe M.
  • 総ページ数: 3-19
  • 出版者: Springer Verlag
• [図書] 第1 部 生物学序論:細胞と生理学概論、In「ガイトン生理学(11 版)」(原題:Introduction to Physiology:The Cell and General Physiology, In "Textbook of Medical Physiology, Guyton & Hall") (2010)
  • 著者名/発表者名: 曽我部正博(鑑訳)
  • 総ページ数: 3-45
  • 出版者: エルセビアJP