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。

角化细胞，即鱼类表皮细胞，具有独特的变形虫运动，在其橄榄球状的细胞体内沿着橄榄球的接缝排列有多个应力纤维，导致细胞体像轮子一样旋转。你做。考虑到肌动球蛋白的结构，应力纤维应该只能进行线性收缩运动。本研究的目的是阐明应力纤维的线性收缩运动转化为旋转运动的机制。平移-旋转转换机构在各种人工移动物体中发挥着重要作用。人造机器具有硬结构，而生物则具有软结构。在本研究中，我们假设线性到旋转的转换是通过应力纤维的收缩使软细胞质变形来实现的，并通过结合生物和工程方法（例如显微镜观察和力学模型创建）验证了这一假设。去年，为了验证上述假设，我们使用软弹性材料创建了细胞体的力学模型。当将线圈嵌入柔软的、可变形的圆柱形弹性材料中并向线圈施加电流时，线圈收缩并且机械模型被确认移动。今年，我们对上述力学模型进行了详细的运动分析，并将其与实际细胞的运动进行了比较。在力学模型中，我们发现旋转并不是由于线圈收缩时模型重心移动引起的，而是模型变形踢地引起的。为了观察细胞是否真的在踢地面，他们让细胞在柔软的底座上爬行，底座的变形表现出看似踢腿的动作。