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。

阐明体内分子代谢机制不仅从细胞生物学角度来看很重要，而且从病理学和医学角度来看也很重要。因此，我们使用了模型生物秀丽隐杆线虫和荧光标记的葡萄糖。使用显微技术（光漂白荧光恢复法）测量秀丽隐杆线虫的肠道荧光葡萄糖代谢。结果表明，肠道中的葡萄糖积聚在微绒毛（具有纳米级结构）中，微绒毛形成肠道和肠上皮细胞之间的边界。此外，我们发现其在微绒毛中的扩散系数比在本体中的扩散系数慢。即，可知该微结构体的表观粘度比水的表观粘度充分高。此外，对荧光葡萄糖在甘油中的扩散系数的测量表明，荧光葡萄糖的分子尺寸大约是葡萄糖的三倍。此外，在出国留学（耶鲁大学医学院）期间，他开发了一种测量施加到单个分子的张力的技术。我们的张力传感器采用螺旋线圈，一种氨基酸结构。因此，传感器模块的尺寸小于一般分子尺寸，对其功能和结构影响很小（迄今为止典型的张力传感器的尺寸约为目标分子的尺寸或更大）。裂殖酵母易于基因改造，被用作模式生物。裂殖酵母在细胞分裂过程中产生一种称为细胞因子环（CR）的分子高阶结构。我们发现，福尔明 (Cdc12) 是一种参与 CR 的分子，可支持几个 pN 的张力。