走電性を利用したゆらぎ入力に対する細胞応答の測定と解析

使用趋电性测量和分析细胞对波动输入的响应

• 批准号: 05J09970
• 负责人: 佐藤 雅之
• 金额: $ 1.73万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05J09970/
• 关键词: 走電性; 走化性; ゆらぎ; 細胞性粘菌; 細胞運動; グアニル酸シクラーゼ; PI3K; PI3キナーゼ; cGMP

昨年度までの研究により、走電性応答に関与する細胞内情報伝達分子群を同定することに成功した。そこで次に、細胞運動に対する電場ゆらぎ(ノイズ)の影響を検討することを試みた。これまで定性的にはノイズ付加によるシグナル増強を示唆する結果が得られていた。そこで、本年度は、細胞運動の電場ノイズ周波数依存性を明らかにし、細胞内情報処理システムを電場で変調するための最適な定量的実験条件を検討した。その結果、細胞の運動速度が5kHzの電場振動により顕著に上昇することが明らかとなった。一般に酵素などの蛋白質分子は、ミリ秒から秒程度の時定数で反応を行なうことが知られている。蛋白質分子が1回の反応に伴い一連の構造変化を1回行なうとすれば、構造変化の周波数は1〜1000kHzとなる。今回見つかった周波数依存性は、こうした蛋白質の構造変化の周波数よりも1桁から2桁程度早い。細胞運動の速度を決定している律速反応に関与する蛋白質分子が内在的な構造ゆらぎよりも1桁から2桁早いゆらぎを印加されることにより、反応が加速された可能性がある。こうした現象を説明する理論として、律速反応の速度を決めるエネルギー障壁がゆらぐことによって反応が加速する理論が提案されており(Oosawa,1975)、ノイズを利用したシグナル伝達の制御法として注目される。今後は電場ゆらぎを印加しているときの走電性情報伝達分子の挙動を観察することが重要であるほか、確率共鳴理論の適用についても今後検討を進める必要があるだろう。

通过截至去年的研究，我们成功鉴定了一组参与电趋化反应的细胞内信号分子。接下来，我们尝试检查电场波动（噪声）对细胞运动的影响。到目前为止，已经获得的定性结果表明由于噪声的添加而导致信号增强。因此，今年，我们阐明了细胞运动的电场噪声频率依赖性，并研究了用电场调制细胞内信息处理系统的最佳定量实验条件。结果显示，5kHz电场振荡显着提高了细胞运动速度。众所周知，酶等蛋白质分子的反应时间常数为毫秒至秒。如果蛋白质分子在一次反应中经历一系列结构变化，结构变化的频率将为1至1000kHz。这次发现的频率依赖性比这些蛋白质结构变化的频率快大约一到两个数量级。通过施加比决定细胞运动速度的限速反应所涉及的蛋白质分子的固有结构波动快一到两个数量级的波动，可以加速反应。作为解释这些现象的理论，提出了一种通过决定限速反应速率的能垒波动来加速反应的理论（大泽，1975），该理论作为控制反应速度的方法而受到关注。使用噪声进行信号传输。未来，观察施加电场波动时电致信息传输分子的行为将很重要，并且还需要考虑随机共振理论的应用。

项目成果

Spontaneous cell movement and galvanotactic response in Dictyostelium cells

盘基网柄菌细胞的自发细胞运动和趋电反应

• 发表时间: 2008
• 作者: H. Takagi; MJ Sato; T. Yanagida; M. Ueda
• 通讯作者: M. Ueda

電気シグナルに応答する細胞性粘菌

对电信号做出反应的细胞粘菌

• 发表时间: 2007
• 作者: 佐藤 雅之

Behavior of signaling molecules in electrotaxis of Dictyostelium cells

盘基网柄菌细胞趋电中信号分子的行为

• 发表时间: 2008
• 作者: A. Takayama; MJ Sato; Y. Arai; T. Yanasida; M. Ueda
• 通讯作者: M. Ueda

振動する電気シグナルの細胞運動への影響

振荡电信号对细胞运动的影响

• 发表时间: 2007
• 作者: 佐藤 雅之