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2013 年度 実績報告書

細胞はいかにして足場の硬さを感知するのか:アクトミオシンとチャネルの協同機構

研究課題

研究課題/領域番号 24247028
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(研究院), 特任教授 (10093428)

研究分担者 辰巳 仁史  名古屋大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (20171720)
早川 公英  名古屋大学, 医学(系)研究科(研究院), 特任講師 (60467280)
研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワードメカノセンシング / 足場 / 機械受容チャネル / 細胞骨格 / 接着斑
研究実績の概要

細胞は基質や隣接細胞の硬さを感知し、それに応じて増殖、分化、生存、運動を制御して自身の運命や行動を決定することが最近明らかになってきた。しかし、その感知機構は未だ不明である。我々は、細胞が基質の硬さを調べる際は、接着斑を介して接着した基質を能動的にアクチンストレス線維により引っ張り、接着斑/細胞骨格において硬さを反映する応力を細胞内シグナル(Ca2+スパーク)に変換して基質の硬さを感知していると考えている。本研究では、その「アクティブタッチ」仮説の検証とその分子機構を明らかにすることを目標としている。これまでに、血管内皮細胞において、アクティブタッチに関連する細胞内Ca2+上昇と基質硬度依存的な細胞伸展には、MS(機械刺激受容)チャネル、特にTRPM7が、関与していることを明らかにしてきた。しかし、それらの抑制効果が部分的であることから、他のMSチャンネルの関与が考えられた。今年度は、基質硬度依存性がより高い間葉系幹細胞を用いて「アクティブタッチ」の分子基盤の解明を目指した。その結果、間葉系幹細胞においても基質硬度依存的なCa2+スパークが観察され、その発生にはTRPM7に加えてTRPV4が関与していることを見出した。実際、TRPV4の発現抑制や薬理学的な機能阻害によりCa2+スパーク発生が抑えられた。細胞膜上のTRPV4チャネルの動態を、全反射蛍光顕微鏡を用いて1分子レベルでライブ観察した。その結果、大部分のTRPV4チャネル分子は二次元拡散運動を示していたが、一部に停留するチャネルが見られた。接着斑プローブとの同時観察を行ったところ、TRPV4チャネルは接着斑上、あるいは、その近傍で停留していることが分かった。従って、TRPV4は接着斑構成分子と相互作用すること、すなわち、TRPV4は接着斑/細胞骨格と分子複合体を形成しアクティブタッチに関与している可能性が示された。

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

「アクティブタッチ」に関与する複数種のセンサー分子の同定に成功しており、ほぼ順調と考えられる。すなわち、研究期間を延長することにより、当初標的にしていたセンサー分子の硬さ感知への寄与が部分的であり、別のセンサー分子も関与していることを明らかにした。しかし、まだ「アクティブタッチ」における細胞内シグナルへの変換や機械刺激受容チャネルの機能に関して、それらの生理的意義を解明できておらず、分子基盤全体の理解には至っていない。

今後の研究の推進方策

前年度までに明らかにした2種の機械受容チャネル以外にも、硬さ感知に関わる候補分子が存在するので、引き続きアクティブタッチに関与するセンサーの分子同定を進める。また、センサー間の関係・センサー分子の冗長性を評価するために、複数のチャネルを同時に発現抑制しその影響を解析する予定である。さらに、間葉系細胞では、YAP/TAZの局在・リン酸化が基質硬度依存的に応答し細胞分化につながることが明確にされているので、それを指標に、アクティブタッチにより生じるCa2+シグナルやそれを担うMSチャネルの機能の生理的意義の解明を目指す。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (3件) (うち招待講演 3件)

  • [雑誌論文] New candidates for mechanosensitive channels potentially involved in gravity sensing in Arabidopsis2014

    • 著者名/発表者名
      Iida H, Furuichi T, Nakano M, Toyota M, Sokabe M, Tatsumi H
    • 雑誌名

      Plant Biol

      巻: 16 (Suppl. 1) ページ: 39-42

    • DOI

      10.1111/plb.12044

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mechanosensitive channels are activated by stress in the actin stress fibers, which could be involved in gravity sensing in plants2014

    • 著者名/発表者名
      Tatsumi H, Furuichi T, Nakano M, Toyota M, Hayakawa K, Sokabe M, Iida H
    • 雑誌名

      Plant Biol

      巻: 16 (Suppl. 1) ページ: 18-22

    • DOI

      10.1111/plb.12095

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Real-time luminescence imaging of cellular ATP release2014

    • 著者名/発表者名
      Furuya K, Sokabe M, Grygorczyk R
    • 雑誌名

      Real-time luminescence imaging of cellular ATP release

      巻: 66 ページ: 330-344

    • DOI

      10.1016/j.ymeth.2013.08.007

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Force-dependent vinculin binding to talin in live cells: a crucial step in anchoring the actin cytoskeleton to focal adhesions2014

    • 著者名/発表者名
      Hirata H, Tatsumi H, Lim CT, Sokabe M
    • 雑誌名

      Am J Physiol: Cell Physiol

      巻: 306 ページ: C607-C6020

    • DOI

      10.1152/ajpcell.00122.2013

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Analyses of a gravistimulation-specific Ca2+ signature in Arabidopsis using parabolic flights2013

    • 著者名/発表者名
      Toyota M, Furuichi T, Sokabe M, Tatsumi H
    • 雑誌名

      Plant Physiol

      巻: 163 ページ: 543-554

    • DOI

      10.1104/pp.113.223313

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Bidirectional modulatory effect of 17β-estradiol on NMDA receptors via ERα and ERβ in the dentate gyrus of juvenile male rats2013

    • 著者名/発表者名
      Tanaka M, Sokabe M
    • 雑誌名

      Neuropharmacol

      巻: 75 ページ: 262-273

    • DOI

      10.1016/j.neuropharm.2013.07.029

    • 査読あり
  • [学会発表] Mechano-sensitive ATP release: critical involvement in wound healing2013

    • 著者名/発表者名
      Sokabe M
    • 学会等名
      ICBME2013
    • 発表場所
      the National University of Singapore University Town, Singapore
    • 年月日
      2013-12-04 – 2013-12-07
    • 招待講演
  • [学会発表] The versatile roles of actin cytoskeletons in cell mechanosensing2013

    • 著者名/発表者名
      Sokabe M
    • 学会等名
      Special Seminar at the Dept Chemistry, Norwich Univ
    • 発表場所
      Norwich, UK
    • 年月日
      2013-07-22
    • 招待講演
  • [学会発表] Cell Mechanosensing: the underlying molecular and biophysical mechanisms and physiological roles2013

    • 著者名/発表者名
      Sokabe M
    • 学会等名
      JASS Seminar
    • 発表場所
      Riken Singapore Office, Singapore
    • 年月日
      2013-07-05
    • 招待講演

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公開日: 2016-06-01  

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