興奮性細胞の揺らぎのダイナミクス-単一細胞解析によるアプローチ

兴奋性细胞波动的动力学——单细胞分析方法

基本信息

批准号：
19031010
负责人：
原田崇広
金额：
$ 5.57万
依托单位：
University of Fukui
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

我々は前年度に, ラット新生仔より単離した培養心筋細胞の拍動タイミングの統計的性質を, 特にその長時間スケールでの振る舞いに着目して調べ, その結果, 拍動タイミングにべき的な長時間相関が見られることを発見した. 本年度は, 単一細胞レベルでの自発的拍動タイミングの統計的性質についての特徴付けを進め, さらにべき的長時間相関が生じるメカニズムを探った. その結果, 拍動タイミングのべき的長時間相関およびマルチフラクタル性は, 細胞の結合数などに依存せずに一般的に見られる性質であることが分かった(Biophysical Journalに論文発表). その後, 温度などの培養条件や, 細胞の種類を変えて同様の実験を行ったところ, 長時間スケールにおける統計的性質はほぼ不変に保たれることが明らかになった. 以上の事より, 長時間スケールのべき的相関は幅広い条件下で見られる頑強な性質であることが明らかになった(T. Yokogawa and T. Harada, 論文投稿中).以上の研究に加えて, 拍動タイミングのべき的長時間相関が発生するメカニズムを明らかにするため, 薬剤処理の効果の検討, および細胞内因子の可視化を進めた. その結果, タンパク質合成阻害剤の存在下では, ゆらぎの長時間相関が失われることが明らかになり, 拍動という細胞機能の揺らぎが遺伝子発現の揺らぎと関係していることが分かった. さらに, 細胞の代謝状態の揺らぎを調べるために, 細胞内ATP濃度の可視化を行い, 細胞の代謝状態をある程度モニターできることを確認できた. 今後こうした手法を用いて, 細胞機能と遺伝子発現状態や代謝状態との関連を探る.

去年，我们研究了从新生大鼠中分离出的培养心肌细胞的搏动时间的统计特性，特别关注它们在长时间尺度上的行为，结果发现，搏动时间存在幂律今年，我们发现了长期相关性，在单细胞水平上表征自发搏动计时的统计特性，并进一步探索了幂律长期相关性发生的机制。结果，节拍时间的幂长期相关性和多重分形性质为结果发现，这是一种普遍观察到的特性，不依赖于连接在一起的细胞数量（论文发表在《生物物理学杂志》上）。然后通过改变温度和细胞类型等培养条件进行了类似的实验。很明显，长时间尺度上的统计特性几乎保持不变从上面可以看出，长时间尺度上的幂律相关性是一个可以在多种条件下观察到的稳健特性。 T.横河和T.原田，除了上述研究之外，我们还研究了药物治疗的效果和可视化细胞内因子，以阐明心跳时间的幂律长期相关性发生的机制。结果表明，在存在蛋白质合成抑制剂，波动的长期相关性消失，发现脉动的细胞功能波动与基因表达的波动有关，以研究代谢状态的波动。我们已经证实可以可视化细胞内ATP浓度，在一定程度上监测细胞的代谢状态。未来我们将利用这种方法来探索细胞功能、基因表达状态和代谢状态之间的关系。