アメーバ細胞の中ではたらく直動回転変換ダイナミクス

阿米巴细胞中的平移旋转变换动力学

基本信息

批准号：
21K15055
负责人：
沖村千夏
金额：
$ 3万
依托单位：
Yamaguchi University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K15055/
关键词：
アメーバ運動ストレスファイバアクチン回転

项目摘要

魚類表皮細胞ケラトサイトは、ラグビーボールの形状をした細胞体の中に、ストレスファイバを、ラグビーボールの縫い目に沿うように複数配列させ、細胞体を車輪のように回転させるというユニークなアメーバ運動を行うことを私達は以前発見した。ストレスファイバはそのアクトミオシンの構造から考えると直線的な収縮運動しかできないはずである。本研究の目的は、ストレスファイバの直線的な収縮運動が回転運動に変換されるメカニズムを解明することである。様々な人工的な移動体において直動-回転変換機構は重要な役割を担っている。人工機械の構造が硬いのに対して、生物にはやわらかいという特性がある。本研究では、ストレスファイバの収縮によりやわらかい細胞質が変形することで直動-回転変換を行っているという仮説を立て、顕微鏡観察と機械モデル製作という生物学・工学的手法を組合わせて仮説を立証する。昨年度は、上述の仮説を実証するために、やわらかい弾性材料を用いて細胞体を模した機械モデルを製作した。やわらかい変形可能な円筒状の弾性材料にコイルを埋め込み、コイルに電流を流したところ、コイルが収縮し機械モデルが動くことを確認できた。今年度は上述の機械モデルの動作解析を詳細に行い、実際の細胞の運動と比較した。機械モデルでは、コイルの収縮に伴いモデルの重心が移動することによって回転しているのではなく、モデルが変形し地面を蹴って回転していることがわかった。このことから実際の細胞が地面を蹴っているかどうかを観察するために、細胞をやわらかい基盤に這わせたところ、基盤の変形から、蹴っていると推察される動きが見られた。

我们以前发现，鱼表皮细胞角膜细胞进行独特的变形虫运动，其中以橄榄球球的形状沿着橄榄球的接缝排列了多个应力纤维，使橄榄球球的形状像车轮一样旋转细胞体。考虑到肌动蛋白的结构，应力纤维只能进行线性收缩运动。这项研究的目的是阐明应力纤维线性收缩运动转化为旋转运动的机制。线性旋转转换机制在各种人造运动中起着重要作用。尽管人造机器具有坚硬的结构，但生物具有柔软的特征。在这项研究中，我们假设软性细胞质因应力纤维的收缩而变形，从而导致线性运动旋转转化，并且我们结合了生物学和工程方法，例如显微镜观察和机械模型制造以建立假设。去年，为了证明上述假设，我们创建了一个使用软弹性材料模仿细胞体的机械模型。当将线圈嵌入软圆柱弹性材料中时，并通过线圈，将线圈收缩，并确认机械模型可以移动。今年，我们对上述机械模型进行了详细分析，并将其与实际细胞运动进行了比较。在机械模型中，发现该模型不会随着模型的重心作为线圈收缩而移动，而是旋转，而是该模型正在变形并踢地面并旋转。从中，为了观察实际的细胞是否在踢地面，细胞被迫爬到柔软的底座上，并且从底座的变形上可以看出它们正在踢。