2015 Fiscal Year Annual Research Report
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26247070
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
田中 求 京都大学, 物質-細胞統合システム拠点, 教授 (00706814)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
見学 美根子 京都大学, 物質-細胞統合システム拠点, 教授 (10303801)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 生命現象の物理 / 形状と運動 / 細胞遊走 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、生命物理学(田中求・主申請者)の研究の流れと、神経発生生物学(見学美根子・分担者)を融合し、細胞遊走現象における接着に誘起される張力と細胞骨格の非平衡ダイナミクスの相関を解明することを目指す。ここでは、細胞と基板の力学的カップリングを空間的に制御可能な新しい実験系として、申請者の専門である精密に機能化された細胞膜モデルを用いる。これまでの二年間で、ラミニンE8フラグメントで機能化した基質モデルを用いて、マウス神経顆粒細胞の再集合体からの遊走の集団的挙動がラミニンの表面密度によって変化することを示したほか、単一細胞レベルでの基質モデルへの接着面積や接着強度の測定に成功した。さらに異なるモードの遊走を行う、転移性胃腺がん細胞を用いての実験系を立ち上げ、自己駆動する細胞内での骨格タンパクの動態の本質を明らかにすることを目指している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
系の確立の過程で「単一細胞（微視的観測）から細胞集団（疎視化した運動の解析）へ」という当初の計画を若干変更して、初年度H26年度は神経顆粒細胞の最集合体から放射状に広がる集団的な遊走運動に注目し、2年目に当たるH27年度は細胞密度を減らした条件で単一細胞の接着や形状ゆらぎに重点を置いた。
具体的な実験としては、円形偏向した淡色光が屈折率の変化の大きい界面でおこす多重反射の干渉光強度から細胞接着面をラベルフリーで定量計測する反射干渉顕微鏡（Reflection Interference Contrast Microscopy）を用いて、ラミニンE8フラグメントを高密度で固定化した基質のモデル表面の上で神経顆粒細胞が接着する箇所やその接着面積の定量に成功した。また最近、タイムラプス機能を顕微鏡に追加することで接着面の形態ダイナミクスをいくつかの細胞で並行に追跡することを可能にした。また、LifeActでアクチン細胞骨格を染色した筋芽細胞を用いて、ダイナミックな力学的刺激を受けた際の細胞骨格の再構成を、細胞骨格のネマチック秩序変数を用いて定量的に記述することにも成功した（Inoue, Frank,... Tanaka,Biomater. Sci. (2016) cover article ）。
細胞と基質モデルの接着強度の測定には、細胞培養チャンバー内に集光したピコ秒レーザーパルスによって誘起される衝撃波を用いている。ここでは限られたサンプル数から最大限のアウトプットを引き出すために、ある距離での細胞の脱離する確立分布を指標として新たに導入した。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は、引き続き反射干渉顕微鏡による接着面積の解析、圧力波を利用した新技術を駆使して細胞接着の強さ（接着した細胞をはがすのに必要な圧力の閾値）の測定をさらにラミニンＥ８の表面密度の関数として精密計測する。特に本年度は、細胞骨格の構造秩序と細胞接着面の相関を固定した細胞で調べる｢静的｣なアプローチに加え、見学グループの専門である分子生物学的なツール（例・蛍光タグで修飾したチューブリン・Lifeactによるアクチンの生体細胞での染色）を組み合わせて、接着面近傍でのアクチン・微小管の自己秩序形成とダイナミクスを追跡する。
運動の解析においては、顆粒細胞の再集合体からの細胞の遊走運動のアンサンブル的挙動の解析をさらに展開する。遊走運動の持続長や変形のモードと運動方向の交差相関といった次元まで深めた解析を行う。比較対象として、Eカドヘリンで機能化された細胞膜表面上でのヒト胃腺がん細胞の遊走の実験も進行中であり、これにより神経細胞と腺がんというまったく異なる形態と遊走パターンを示す細胞間に共通する普遍的原理を追求したい。
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