非筋細胞における力学的ホメオスタシスの発現メカニズムの解明

阐明非肌肉细胞机械稳态的机制

基本信息

批准号：
22650098
负责人：
出口真次
金额：
$ 1.39万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

組織レベルで存在が知られていた力学的ホメオスタシスの分子メカニズムを細胞レベルで明らかにすることが目的である。平滑筋細胞にGFP-nonmuscle-α-actininを発現し、細胞挙動の観察を行った。ミオシン軽鎖のリン酸化は、非筋II型ミオシンの収縮活性に必須であることが知られている。この収縮能は(ミオシン軽鎖の脱リン酸化を促すミオシンフォスファターゼを含め)セリン・スレオニン・フォスファターゼの阻害剤であるカリキュリンAを細胞に投与すると、さらに活性化される。この時のストレスファイバーに沿ったnonmuscle-α-actininの観察から、ストレスファイバーのサルコメア間隔が(擾乱を受けたとしても1時間程度の時間を経て)一定に維持されることが分かった。サルコメア間隔はストレスファイバーが発生する張力と比例関係にあるために、サルコメア感覚が一定に保持されることは張力が一定に保たれることを意味する。すなわち力学的ホメオスタシスとは張力のホメオスタシス(恒常性)に相当することが示唆された。このホメオスタシスの必要条件として、ミオシン軽鎖のリン酸化、およびアクチン重合・脱重合能が挙げられることを確認した。例えばアクチンの重合を阻害するラトランキュリンAにより細胞を処理すると、ストレスファイバーは太くなっていくが、その太さを元に戻す(張力ホメオスタシスを担う)作用ははたらかなかった。また太くなる一方で、ストレスファイバーの発生張力は減少した。これらの一連の現象を矛盾無く説明できる理論モデルを提示するに至った。このように非筋細胞に存在する力学的ホメオスタシスを説明可能な分子・物理モデルが作られ、そのメカニズムの解明に近づいた。今後はこのモデルを様々な実験を通してさらに検証していく予定である。

本研究的目的是阐明机械稳态的分子机制，已知机械稳态存在于组织水平、细胞水平。我们在平滑肌细胞中表达 GFP-nonmuscle-α-actinin 并观察细胞行为。已知肌球蛋白轻链的磷酸化对于非肌肉 II 型肌球蛋白的收缩活性至关重要。当细胞用花萼蛋白 A（一种丝氨酸-苏氨酸磷酸酶（包括肌球蛋白磷酸酶，可促进肌球蛋白轻链去磷酸化）抑制剂）处理时，这种收缩性会进一步激活。此时沿应力纤维观察非肌肉-α-肌动蛋白表明，应力纤维的肌节间距保持恒定（即使在干扰约一小时后）。由于肌节间距与应力纤维产生的张力成正比，因此保持恒定的肌节感觉意味着张力保持恒定。换句话说，有人认为机械稳态对应于张力稳态。我们证实，这种稳态的必要条件包括肌球蛋白轻链的磷酸化以及肌动蛋白聚合和解聚的能力。例如，当用抑制肌动蛋白聚合的 latrunculin A 处理细胞时，应力纤维变得更厚，但应力纤维没有恢复到原来的厚度（负责张力稳态）。此外，当纤维变粗时，应力纤维中产生的张力下降。我们提出了一个可以毫无矛盾地解释这一系列现象的理论模型。通过这种方式，一个可以解释非肌肉细胞中存在的机械稳态的分子和物理模型已经创建，我们正越来越接近阐明其机制。未来，我们计划通过各种实验进一步验证这个模型。

项目成果

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Biophysical properties of actin stress fibers

肌动蛋白应力纤维的生物物理特性

DOI：
发表时间：
2012
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kurokawa H;Motohashi H;Sueno S;Kimura M;Takagawa H;Kanno Y;Yamamoto M;Tanaka T.;中野明彦;Ayumi Yamamoto;T. Shinmei;Takeshi Yamakawa;T.S.Matsui
通讯作者：
T.S.Matsui

Measuring surface geometry of adherent cells using oblique transillumination

使用倾斜透射测量贴壁细胞的表面几何形状