細胞内構造システムの力学因子と生化学因子の相互作用による機能発現

通过细胞内结构系统中机械和生化因素相互作用的功能表达

基本信息

批准号：
17760078
负责人：
安達泰治
金额：
$ 2.37万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

接着性細胞は,細胞外の基質に対して,細胞膜上のインテグリン等の受容体を介して細胞外基質に接着し,細胞内外の力学的相互作用を媒介している.また,細胞内においては,アクチンストレスファイバー等の細胞骨格が,力学的平衡の下,ネットワーク構造を形成し,細胞の形態や機能に大きな影響を与えている.このような細胞内における力学的な構造システムは,常にダイナミックな過程にあり,例えば,アクチンフィラメントは,重合と脱重合を繰り返しながら,動的に平衡な過程にある.さらに,これらの構造を構築するためのタンパク質やシグナル制御を担う様々な生化学的な因子は,力学的な因子と相互作用している.そこで本研究では,細胞内力学構造システムのダイナミクスにおける力学因子と生化学因子の相互作用から生み出される動的なシステム構築の過程を明らかにするため,実験的検討および分子動力学法を用いた理論的検討の両面から検討を行った.まず,移動性細胞であるケラトサイトを用い,移動過程におけるアクチン細胞骨格のダイナミクスに着目した.ラメリポディア内に広がるアクチンネットワークに対して,蛍光プローブをドット状にラベリングし,移動過程におけるアクチンの逆行性流れを観察することで,アクチンネットワークの変位場からひずみ場を解析し,張力解放に伴うアクチン脱重合による密度変化との関連を示した.次に,分子動力学シミュレーションを用いて,アクチンモノフィラメントに対して張力が作用した際に生じるタンパクレベルでの構造変化について検討した.その結果,アクチンフィラメントのモノマー間のねじれ角のゆらぎが,張力作用により抑制されることが示され,逆に,張力解放が切断関連タンパク等との相互作用の調整を行っている可能性が示唆された.さらに,人工リボソーム内でのアクチンタンパク重合実験系の確立を目指し,制御されたマイクロ環境内でのアクチンダイナミクスのin vitro実験系について検討した.その結果,アクチンモノマーと関連架橋タンパクの存在下におけるアクチン重合とバンドル構造形成の条件を絞ることができた.

贴壁细胞通过细胞膜上的整合素等受体粘附在细胞外基质上，介导细胞内外的机械相互作用，肌动蛋白应力纤维等细胞骨架在机械平衡下形成网状结构，对细胞的黏附有很大影响。细胞的形态和功能。细胞内的机械结构系统始终是动态的，例如肌动蛋白丝会发生聚合。这个过程在反复解聚和解聚过程中处于动态平衡。此外，构建这些结构的蛋白质和负责信号控制的各种生化因子与机械因子相互作用。因此，在本研究中，我们使用实验研究和分子动力学方法来研究。阐明了细胞内机械结构系统动力学中机械因素和生化因素相互作用所产生的动态系统构建过程。我们从理论考虑的两个方面进行了研究。利用作为迁移细胞的角膜细胞，我们重点研究了肌动蛋白细胞骨架在迁移过程中的动态。我们用荧光探针以点的形式标记了板状伪足内铺展的肌动蛋白网络，并研究了迁移过程中肌动蛋白的逆行流动通过观察应变场，我们从肌动蛋白网络的位移场分析了应变场，并显示了与张力释放引起的肌动蛋白解聚导致的密度变化的关系。接下来，我们使用分子动力学模拟来分析应变场。来自肌动蛋白网络的位移场。我们研究了当张力施加到单丝上时发生的蛋白质水平的结构变化。结果表明，肌动蛋白丝单体之间扭转角的波动受到张力的作用抑制，反之，表明张力释放可能调节与切割相关蛋白的相互作用。此外，为了建立人工核糖体内肌动蛋白聚合的实验系统，提出了受控微环境中肌动蛋白聚合的动力学。我们研究了体外实验系统，结果，我们能够缩小肌动蛋白单体和相关交联蛋白存在下肌动蛋白聚合和束结构形成的条件。