計測と数理解析から探る生化学反応を伴う細胞内の力学解明と生きた構成則の構築

通过测量和数学分析阐明涉及生化反应的细胞内动力学和构建生命本构定律

基本信息

批准号：
22KJ0208
负责人：
齋藤匠
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

生体内の分子代謝メカニズム解明は、細胞生物学だけでなく、その病理的・医学的観点からも重要である。そこで我々はモデル生物である線虫と蛍光ラベルされたグルコースを用いた。線虫の腸内蛍光グルコース代謝を、顕微鏡技術（光褪色後蛍光回復法）を用いて計測した。その結果、腸内のグルコースが腸管と腸細胞の境界である微絨毛（ナノスケールの微細構造を持つ）に蓄積されていることを明らかにした。さらに、微絨毛におけるその拡散係数が、バルクのそれよりも遅いことを発見した。すなわち、この微細構造の見かけの粘性が水中よりも十分に高いことを示した。また、グリセロール中の蛍光グルコースの拡散係数計測から、蛍光グルコースの分子サイズがグルコースのそれよりも3倍程度大きいことを明らかにした。さらに、留学先（Yale University, School of Medicine）にて一分子にかかる張力の計測技術開発を行った。我々の張力センサーはアミノ酸構造物であるcoiled-coilを用いてる。そのため、センサーモジュールのサイズは一般的な分子サイズよりも小さく、それらの機能・構造への影響が小さい（これまでの代表的な張力センサーのサイズは対象分子程度あるいはそれ以上）。遺伝子組み換えが簡単な分裂酵母（fission yeast）をモデル生物として用いた。分裂酵母は細胞分裂時にcytokinetic ring（CR）と呼ばれる分子高次構造物をつくる。我々は、CRに関与する分子: Formin (Cdc12)が数pNの張力を支持していることを明らかにした。

阐明体内分子代谢的机制不仅来自细胞生物学，而且从病理和医学的角度来看很重要。因此，我们使用了模型生物，线虫和荧光标记的葡萄糖。肠荧光葡萄糖代谢在线虫中使用显微镜（光膜和荧光恢复）测量。结果，据揭示了肠中的葡萄糖在微绒毛中积累（带有纳米级微结构），这是肠道和肠上皮细胞之间的边界。此外，我们发现微绒毛中的扩散系数比整体的扩散系数要慢。也就是说，这表明该微观结构的明显粘度比在水中的粘度要高。此外，荧光葡萄糖在甘油中的扩散系数的测量表明，荧光葡萄糖的分子大小比葡萄糖大三倍。此外，他开发了一项技术，用于测量在他的出国留学目的地（耶鲁大学，医学院）应用于单个分子的张力。我们的张力传感器使用盘绕螺旋，这是一种氨基酸结构。因此，传感器模块的尺寸小于平均分子大小，并且其对其功能和结构的影响很小（以前典型的张力传感器尺寸是目标分子的大小或更高）。裂变酵母很容易基因修饰，被用作模型生物。裂变酵母在细胞分裂时产生了称为细胞力学环（CRS）的分子高阶结构。我们已经揭示了涉及Cr：Formin（CDC12）的分子支持几个PN的张力。