Study on the switching mechanism of structural and tensional memory of cells

细胞结构记忆与张力记忆切换机制研究

基本信息

批准号：
22K19890
负责人：
長山和亮
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Ibaraki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

血管や骨，皮膚などの生体組織は力学環境の変化に応じて「リモデリング」する．このリモデリングを担う細胞骨格要素として，アクチンストレスファイバが注目されてきた．研究代表者は，ストレスファイバには，自身の構造が一旦バラバラになっても，ファイバの配向や発生する張力を効率良く再現させる「構造と力の記憶」が備わる可能性に気付いた．このような個々の細胞骨格分子の特性は，外乱に対する組織全体の恒常性を保つ基盤原理となっている可能性が高い．そこで本研究では，アクチンストレスファイバに生化学的・物理的外乱を加え分解させた後，その分子構造や張力が再現するか？あるいは崩壊するか？を詳しく調べる．そして，その再現と崩壊のスイッチングメカニズムを明らかにすることを目的としている．研究初年度は，独自開発した短パルスレーザアブレーションシステムを使って，単一の状態で培養した血管平滑筋細胞内の個々のストレスファイバを切断し，その収縮挙動ならびに修復・再構成する様子を高感度カメラで連続撮影した．また，マイクロコンタクトプリンティング法を使って細胞の接着領域を制御することで，細胞形態を正方形状や長方形状に操作しながら，細胞形態によるファイバの修復の違いを詳しく調べた．切断されたストレスファイバの収縮挙動は1次遅れ系で良好に近似でき，ファイバが粘弾性特性を有することが分かった．また，細胞の輪郭を形成するストレスファイバの修復率が有意に高いことや，細長い形態の細胞ほど，ファイバの修復率が高いことが明らかとなってきた．

血管、骨骼和皮肤等生物组织会根据其机械环境的变化而进行“重塑”。肌动蛋白应力纤维作为负责这种重塑的细胞骨架元件而引起了人们的关注。首席研究员意识到，应力纤维可能具有“结构和力的记忆”，即使其自身结构一旦破裂，它们也能有效地再现纤维的方向和产生的张力。单个细胞骨架分子的这些特征可能是维持整个组织的稳态免受干扰的基本原理。因此，在本研究中，我们研究了对肌动蛋白应力纤维施加生化和物理干扰使其解体后，肌动蛋白应力纤维的分子结构和张力是否可以重现。还是会崩溃？详细调查一下。目的是阐明其繁殖和崩溃的切换机制。在研究的第一年，我们使用了独特开发的短脉冲激光消融系统来切割在单一状态下培养的血管平滑肌细胞内的单个应力纤维，并深入研究了它们的收缩行为以及它们的连续修复和重组。镜头是用高感光度相机拍摄的。此外，通过使用微接触印刷控制细胞粘附面积，我们将细胞形态操纵为正方形或矩形形状，并详细研究了根据细胞形态的纤维修复差异。切割应力纤维的收缩行为可以很好地用一阶滞后系统来近似，表明该纤维具有粘弹性。此外，已经清楚的是，形成细胞轮廓的应力纤维的修复率明显更高，并且细胞越长越窄，纤维的修复率越高。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Polarized light retardation analysis allows for the evaluation of tension in individual stress fibers

偏振光延迟分析可以评估单个应力纤维的张力

DOI：
10.1016/j.bbrc.2022.06.066
发表时间：
2022
期刊：
Biochemical and Biophysical Research Communications
影响因子：
3.1
作者：
Sugita Shukei;Hozaki Masatoshi;Matsui Tsubasa S.;Nagayama Kazuaki;Deguchi Shinji;Nakamura Masanori
通讯作者：
Nakamura Masanori

微細溝基板を用いた動脈内力学環境の再現と細胞収縮機能の向上

使用微槽基底再现动脉内机械环境并改善细胞收缩功能

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Takehiko Sasaki;Junko Sasaki;長山和亮，綿谷直樹
通讯作者：
長山和亮，綿谷直樹

茨城大学マイクロ・ナノバイオメカニクス研究室ホームページ研究業績

茨城大学微纳米生物力学实验室主页研究成果

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

細胞の力学応答・修復におけるアクチン細胞骨格の役割

肌动蛋白细胞骨架在细胞机械反应和修复中的作用

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
長山和亮
通讯作者：
長山和亮

細溝凹部での細胞の力学的拘束が血管平滑筋細胞の核形態と分化に与える影響

凹槽隐窝细胞机械约束对血管平滑肌细胞核形态及分化的影响

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Sugita Shukei;Hozaki Masatoshi;Matsui Tsubasa S.;Nagayama Kazuaki;Deguchi Shinji;Nakamura Masanori;長山和亮，綿谷直樹;綿谷直樹，長山和亮
通讯作者：
綿谷直樹，長山和亮

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長山和亮其他文献

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DOI：
发表时间：
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影响因子：
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通讯作者：
長山和亮

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DOI：
发表时间：
2006
期刊：
影响因子：
0
作者：
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通讯作者：
Matsumoto T

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DOI：
发表时间：
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期刊：
影响因子：
0
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通讯作者：
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期刊：
影响因子：
0
作者：
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通讯作者：
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DOI：
发表时间：
2004
期刊：
影响因子：
0
作者：
Nagayama K;Matsumoto T;長山和亮;中垣将;Nagayama K;Matsumoto T;Matsumoto T;松本健郎;Matsumoto T;Matsumoto T;Matsumoto T;松本健郎;松本健郎
通讯作者：
松本健郎