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2010 年度 実績報告書

非筋細胞における力学的ホメオスタシスの発現メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 22650098
研究機関東北大学

研究代表者

出口 真次  東北大学, 大学院・医工学研究科, 准教授 (30379713)

キーワード生体医工学 / メカノバオロジー / 生物物理 / 細胞骨格 / メカノコントローラー / メカノセンサー / ストレスファイバー / 非筋II型ミオシン
研究概要

本研究の目的は、非筋細胞が、自身に負荷される「力」の大きさと方向を感知して、自らが置かれた力学環境に適応する分子メカニズムを明らかにすることである。我々は「力の感知」と「環境への適応」の両者を可能にする分子実体は、細胞骨格アクチンと非筋II型ミオシンを主成分とした動的構造(以下、これを非筋サルコメアと呼ぶ)であると想定し、様々な実験を行った。非筋サルコメアの発生および消失のメカニズムをそれぞれ調べた。まず発生の方法には、非筋サルコメアの長軸方向への発達(アクチンの重合)あるいは短軸方向の発達(束化)の二通りが考えられる。この重合あるいは束化の区別は、アクチン重合の特異的阻害剤あるいは促進剤と、束化を促すミオシン軽鎖(MLC)のキナーゼあるいはボスファターゼを併用・組み合わせ投与することにより試みた。実験の結果、RhoAのエフェクターでMLCのキナーゼであるRho-kinaseが長軸かつ短軸の発達に作用し、同じくRhoAのエフェクターmDiaは長軸方向への発達に関与することを観察した。これら二つのRhoAエフェクターが協調的に長軸と短軸を一定制御する(非筋サルコメアの長さかつ太さを、分子ターンオーバーを経て一定にするような、物理的「力」が関わるホメオスタシス)機構が浮かび上がった。消失のメカニズムについては、まず従来考えられているようにMLCの脱リン酸化だけでは説明できない、力の除荷に伴い起こる(数秒以内の)速い非筋サルコメアの脱重合が存在することを現象的に示した。このメカニズムを、非筋II型ミオシンのMgATP加水分解サイクルの「力」依存性に基づいて説明する新しい説を提唱し、それを裏付けるデータと共に論文発表した。このように実験と理論的結果から、分子レベルでの力学環境への適応の基本的メカニズムを初めて提示することができた。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2011 2010

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (12件)

  • [雑誌論文] Deguchi, Sazcomeric model of stretch-induced stress fiber reorganizarion2011

    • 著者名/発表者名
      R.Kaunas
    • 雑誌名

      Cell Health and Cytoskeleton

      巻: 3 ページ: 13-22

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mechanism of and threshold biomechanical conditions for falsetto voice onset2011

    • 著者名/発表者名
      S.Deguchi
    • 雑誌名

      PLos ONE

      巻: 6 ページ: e17503(11)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cooperative regulation of vocal fold morphology and stress by the cricothyroid and thyroarytenoid muscles2011

    • 著者名/発表者名
      S.Deguchi
    • 雑誌名

      Journal of Voice

      巻: 印刷中(未定)

  • [雑誌論文] Cyclic stretch-induced stress fiber dynamics-dependence on strainrate, rho kinase and MLCK2010

    • 著者名/発表者名
      C.Lee
    • 雑誌名

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      巻: 401 ページ: 344-349

    • 査読あり
  • [学会発表] アクチンストレスファイバが張力依存的に脱重合するメカニズムの考察2011

    • 著者名/発表者名
      出口真次
    • 学会等名
      第23回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      熊本、熊本大学
    • 年月日
      2011-01-09
  • [学会発表] アクチンストレスファイバは筋原繊維のように弛緩するか?2011

    • 著者名/発表者名
      松井翼
    • 学会等名
      第23回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      熊本、熊本大学
    • 年月日
      2011-01-09
  • [学会発表] Multiple roles for myosin II in tensional homeostasis-Experiment and theory2011

    • 著者名/発表者名
      R.Kaunas
    • 学会等名
      BMES-SPRBM Inaugural Conference on Cellular and Molecular Bicengineering, 29th Scientific Conference of SPRBM
    • 発表場所
      アメリカ、Miami Beach
    • 年月日
      2011-01-06
  • [学会発表] Nonmuscle actomyosin bundles have contractile properties similar to but distinct from tllose of striated muscle2010

    • 著者名/発表者名
      T.S.Matsui
    • 学会等名
      第48回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      仙台、東北大学
    • 年月日
      2010-09-21
  • [学会発表] Cellular adaptation to physical environment based on nonmuscle actomyosin contractility2010

    • 著者名/発表者名
      S.Deguchi
    • 学会等名
      第48回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      仙台、東北大学
    • 年月日
      2010-09-20
  • [学会発表] アクチンストレスファイバのねじり収縮2010

    • 著者名/発表者名
      松井翼
    • 学会等名
      日本機械学会2010年度年次大会
    • 発表場所
      名古屋、名古屋工業大学
    • 年月日
      2010-09-08
  • [学会発表] 再生系細胞に存在する張力ホメオスタシスの幾つかの証拠2010

    • 著者名/発表者名
      出口真次
    • 学会等名
      日本機械学会2010年度年次大会
    • 発表場所
      名古屋、名古屋工業大学
    • 年月日
      2010-09-07
  • [学会発表] Theoretical and experimental study of the mechanism of phonationonset2010

    • 著者名/発表者名
      S.Deguchi
    • 学会等名
      6th World Congress of Biomechanics
    • 発表場所
      シンガポール、SuntecConvention Centre
    • 年月日
      2010-08-05
  • [学会発表] Cellular adaptation I: Contractile properties of actin stress fibers2010

    • 著者名/発表者名
      T.S.Matsui
    • 学会等名
      6th World Congress of Biomechanics
    • 発表場所
      シンガポール、Suntec Convention Centre
    • 年月日
      2010-08-03
  • [学会発表] Cellular adaptation II: Tensional homeostasis based on nonmuscle actomyosin contractility.2010

    • 著者名/発表者名
      S.Deguchi
    • 学会等名
      6th World Congress of Biomechanics
    • 発表場所
      シンガポール、SuntecConvention Centre
    • 年月日
      2010-08-03
  • [学会発表] A dynamic model of actin stress fiber network adaptation to cyclic stretching2010

    • 著者名/発表者名
      RKaunas
    • 学会等名
      6th World Congress of Biomechanics
    • 発表場所
      シンガポール、SuntecConvention Centre
    • 年月日
      2010-08-02
  • [学会発表] Proposed mechanism of cellular adaptation to mechanical environment2010

    • 著者名/発表者名
      S.Deguchi
    • 学会等名
      第49回日本生体医工学会
    • 発表場所
      大阪、大阪国際交流センター
    • 年月日
      2010-06-25

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公開日: 2012-07-19  

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