原子間力顕微鏡による発生胚メカニクスの時空間挙動の研究

利用原子力显微镜研究胚胎力学的时空行为

基本信息

批准号：
17J01389
负责人：
藤井裕紀
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

1.上皮細胞は単層の細胞集団として発生や創傷治癒などの機能を示すことが知られている。このような機能のメカニクスについての研究として、牽引力分布の計測が行われているが、硬さ（ヤング率）の空間的な分布は不明であった。そこで、上皮細胞集団を原子間力顕微鏡（AFM）計測し、ヤング率の空間分布を調べた。これにより、細胞間距離を超える距離でヤング率の相関があることを明らかにした。さらに、アクチン繊維構造の阻害や、E-カドヘリン細胞接着タンパクの阻害をすると、ヤング率の細胞間の相関が失われた。このことから、アクチン骨格の細胞間にまたがる構造が、細胞集団的なヤング率の空間分布を形成していることを明らかにした。この内容についてまとめ、国際誌への論文掲載を行なった。2.昨年度に提唱した、傾斜を持つサンプル表面で定量的なヤング率を計測できる弾性接触モデルを生体サンプルに適用し、ヤング率の傾斜依存性を調べた。その結果、大きい傾斜角度を持つホヤ胚で、傾斜部分のヤング率が補正されたことにより、同じ細胞内で生じていたヤング率値の勾配が解消された。これにより、本解析モデルが３次元的な構造を持つ細胞集団サンプルのAFMによるヤング率マッピング計測に有用であることを明らかにした。この内容について、国際会議での口頭発表と国際誌への論文掲載を行なった。3.昨年度までに行った、ホヤ発生胚のAFM計測から得られた知見を元に、より詳細にホヤ胚のヤング率計測を行い、１細胞分解能で発生胚の細胞メカニクスを明らかにした。胚の陥入領域における細胞ヤング率の不均一性に加えて、胚の最初期の細胞分化が見られる領域で、神経索や脊索となる分化運命の異なる隣接する細胞のヤング率が異なっていることをAFM計測により新たに明らかにした。これらの成果についてまとめた論文を現在執筆中である。

1. 已知上皮细胞作为单层细胞群表现出发育和伤口愈合等功能。随着对此类功能的力学研究，已经进行了牵引力分布的测量，但硬度（杨氏模量）的空间分布仍不清楚。因此，我们使用原子力显微镜（AFM）测量上皮细胞群并研究杨氏模量的空间分布。这揭示了超过细胞间距离的杨氏模量之间存在相关性。此外，肌动蛋白丝结构的抑制和E-钙粘蛋白细胞粘附蛋白的抑制消除了杨氏模量的细胞间相关性。这些结果揭示了肌动蛋白骨架的细胞间结构形成了细胞杨氏模量的集体空间分布。内容被总结并发表在国际期刊上。 2.我们将去年提出的弹性接触模型应用于生物样品，该模型可以定量测量具有倾斜度的样品表面上的杨氏模量，并研究了杨氏模量对倾斜度的依赖性。结果，在具有大倾斜角的海鞘胚胎中，倾斜部分的杨氏模量被校正，消除了同一细胞内出现的杨氏模量值的梯度。这表明该分析模型对于具有三维结构的细胞群样品的 AFM 杨氏模量映射测量非常有用。关于这个内容，我们在国际会议上做了口头报告，并在国际期刊上发表了论文。 3. 根据截至去年对海鞘胚胎进行AFM测量所获得的知识，我们更详细地测量了海鞘胚胎的杨氏模量，并以单细胞分辨率阐明了胚胎发育的细胞力学。除了胚胎内陷区域细胞杨氏模量的异质性外，在胚胎最早细胞分化的区域，具有不同分化命运的相邻细胞的杨氏模量也存在差异，这些细胞将成为神经索或脊索，这是不同的。目前正在撰写一篇总结这些结果的论文。