公募研究
植物細胞は高い膨圧と細胞壁成分による壁圧の力学的バランスを維持して成長する。空間構造学の言葉で置き換えるなら、植物細胞は可塑的モノコック構造と形容できるのではないだろうか。一方、植物の形づくりは外的な圧力の影響も強く受けるが、物理的な力に対する細胞個々の力学的最適化を細胞壁再構成原理を考慮して理解するためには、単一細胞における力学的最適化機構を解析する系が必要である。そこで、申請者は動植物に共通する細胞伸長様式である先端成長に注目した。本研究では、植物の先端成長細胞の力学的可塑性に着目し、マイクロ流体デバイス、蛍光ライブイメージング、力学測定技術などの技術を駆使して、植物細胞の力学的最適化応答機構の解明を目指している。マイクロ流体デバイス作製については、これまでに細胞形態変化を誘導する細胞サイズよりも小さなデバイスを独自に設計し作製できる状態になっている。細胞形態変化に伴う細胞内情報変化の蛍光ライブイメージング解析については、微小管可視化株とカルシウムイオンセンサー導入株を用いてライブイメージング解析を既に進めている。また、近赤外蛍光色素による細胞壁のモニタリングについては、既に生細胞での適用に成功しパブリケーションに向けて準備している段階にある。最後に、細胞非接触による力学的な性質変化の測定については、原理の異なる複数の方法で遂行する予定であり、それぞれ申請者の実験系への適用について共同研究者と緊密な議論を進めている段階にある。
2: おおむね順調に進展している
細胞サイズ以下のマイクロ流路製作について、我々は細胞局部的な機械的刺激を確実に与える構造を配し、最適な流路幅や流路間距離を評価できるマイクロ流体デバイスの設計および作製を行った。光リソグラフィなどMEMS技術が必須な本過程はこれまで分析化学者に頼ってきたが、緊密な議論と教育訓練を繰り返すことにより、現在では解析内容に則したマイクロ流体デバイスを独自に設計し作製できるまでになった。また、植物の外部空間認知と細胞内応答過程をモニターするため、微小管可視化株とカルシウムイオンセンサー導入株を用いてすでにライブイメージング解析を進めている。ケミカルバイオロジーを専門とする化学者とともに開発した細胞壁染色色素については、ヒメツリガネゴケ、シロイヌナズナにおいて、細胞壁特異的な染色に成功しており、パブリケーションに向けた準備を進めている。一方、力学測定に関しては、有機合成化学を専門とする協力研究者が開発した、力学的環境変化に応答して蛍光色を変化させる分子の活用について、本研究への活用にむけて緊密な議論を進めている。上記の理由から、進捗状況はおおむね順調に進展していると考えられる。
本年度は、昨年度に引き続き、先端成長細胞の細胞形態変化を誘導する最適なマイクロ流体デバイスの製作と細胞形態変化に伴う力学的な性質変化、細胞内情報の計測を行う。細胞形態変化に伴う力学的な性質変化の計測については、原理の異なる複数の最先端技術を駆使して、マイクロデバイス内での細胞力学測定を試みる。まず、マイクロ流路デバイスを用いた細胞機能測定は、カバーガラスとPDMS に挟まれた環境下で行うため、AFMによる直接的な力学的測定は困難であることがわかった。そこで、本年度は、生体計測化学を専門とする研究協力者の協力のもと、レーザーを用いた非接触の力学的測定法を試みる予定である。また、有機合成化学を専門とする協力研究者が開発した、力学的環境変化に応答して蛍光色を変化させるPDMSを活用し、外力に対して細胞が伝える力を蛍光波長変化で測定することを試みる予定であり、マイクロ流体デバイス内で起きる植物先端成長細胞の力学的な性質変化の計測を実現したい。一方、細胞形態変化に伴う細胞内情報変化の計測については、細胞骨格可視化株、細胞内カルシウムイオン可視化株は使用できる状態にあり、細胞内形態変化に伴う動態のライブイメージング解析を遂行する。さらに、近赤外蛍光の細胞壁染色色素の開発については本年度中に研究成果として報告する予定である。
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bioRxiv
巻: - ページ: -
10.1101/2020.05.26
10.1101/2020.03.26.010744
