血管内皮細胞の力学的応答機構に果たすインテグリンの役割

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14208100
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 佐藤 正明 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30111371)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大橋 俊朗 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30270812) ; 松本 健郎 名古屋工業大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30209639) ; 羽根 一博 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50164893) ; 坂元 尚哉 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (20361115)
• Keywords: バイオメカニクス / 内皮細胞 / せん断応力 / 伸張負荷 / GFP / FAT / インテグリン / アクチンフィラメント

Research Abstract

力学的刺激を受けた血管内皮細胞が形態変化を起こす過程を明らかにするため,アクチンフィラメントと細胞膜上で連結している蛋白であるインテグリンに注目し,新しいテクニックを導入することによって流れおよび張力の刺激を与えた際のインテグリンの動きを観察解析し,その役割を明らかにすることを目的とする。
1.張力負荷刺激による細胞骨格およびインテグリンの応答解析
ウシ大動脈由来内皮細胞をシリコーン膜上に播種し, GFP-アクチン,RFP-FATのベクターを細胞内に導入して引張負荷実験を行った。ひずみ10%,1Hzでシリコーン膜を繰り返し伸張したところ,細胞自体は膜の伸びと直交する方向に配向し,アクチンフィラメント,FATも同様の配向を示した。これにより,シリコーン膜上で細胞の動的挙動を直接観察することが可能であることが示された。また,シリコーン膜上に不均一なひずみ場を形成したところ,同一細胞内でもひずみの大きい箇所でアクチンフィラメントの発達がみられ,かつ核の位置が高ひずみ側に偏っていることが観察された。
2.流れ負荷刺激時の細胞骨格およびインテグリンの応答解析
培養内皮細胞に流れによるせん断応力を負荷して,アクチンフィラメントが再配列し,同時にインテグリンの配置も変化する現象を詳細に観察した。昨年度の報告のように,インテグリンのスライド運動,伸張,出現・消失も明瞭に観察された。これらの結果から,流れの負荷に対して内皮細胞は,(1)デンスペリフェラルバンドの移動あるいは消失,(2)インテグリンの移動,出現・消失,(3)葉状仮足の形成,(4)インテグリンの回転と細胞の伸張(5)ストレスファイバの形成,の過程を経て形態変化を起こしていることが推察された。

Research Products

• [Publications] 佐藤正明: "培養動脈組織片の初期ひずみ状態が内皮細胞の形態および細胞骨格構造に及ぼす影響"日本機械学会論文集(A編). 69・677. 30-36 (2003)
• [Publications] 松本健郎: "平滑筋収縮に伴う家兎動脈壁内ひずみ分布の変化-弾性動脈と筋性動脈の比較-"日本機械学会論文集(A編). 69・677. 37-42 (2003)
• [Publications] 杉田修啓: "軸方向観察による血管壁の局所ひずみ分布計測"日本機械学会論文集(A編). 69・677. 43-48 (2003)
• [Publications] 大橋俊朗: "流れ刺激を受ける内皮細胞内骨格構造の実時間挙動観察"日本バイオレオロジー学会誌. 17・1. 24-28 (2003)
• [Publications] T.Ohashi: "Oxygen tension modulates Ca^<2+> response to flow stimulus in endothelial cells exposed to hydrostatic pressure"Technology and Health Care. 11. 263-274 (2003)
• [Publications] 大橋俊朗: "力学的刺激に対する血管内皮細胞の応答現象"生物物理. 43・3. 136-141 (2003)
• [Publications] T.Ohashi: "Rupture properties of blood vessel walls measured by pressure-imposed test"JSME Int.J.,Ser.C. 46・4. 1290-1296 (2003)
• [Publications] Y.Sugaya: "Elongation and random orientation of bovine endothelial cells in response to hydrostatic pressure : comparison with response to shear stress"JSME Int.J.,Ser.C. 46・4. 1248-1255 (2003)
• [Publications] T.Ohashi: "Pipette aspiration method for the measurement of nonlinear and anisotropic mechanical properties of blood vessel walls under biaxial stretch"Journal of Biomechanics. (印刷中). (2004)
• [Publications] T.Matsumoto: "Residual stress and strain in the lamellar unit of the porcine aorta : Experiment and analysis"Journal of Biomechanics. (印刷中). (2004)
• [Publications] 長山和亮: "細胞の力学特性計測のためのレーザ顕微鏡組込み型原子間力顕微鏡(AFM)システムの開発"日本機会学会論文集,C編. (印刷中). (2004)
• [Publications] 佐藤正明: "構造工学ハンドブック(13章1・2 細胞構造)"丸善. 1070 (2004)