Experimental and theoretical study of the cytoskeleton "microtubules" as mechanotransducers.

细胞骨架“微管”作为机械传感器的实验和理论研究。

• 批准号: 21K19877
• 负责人: 角五 彰
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Kyoto University (2022)Hokkaido University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K19877/
• 关键词: 微小管; 物質輸送; キネシン; ダイニン; 力学ストレス; メカノトランスデューサー

最近、細胞骨格である微小管に力学的なストレスが印加されるとモータータンパク質（ダイニン）を介した物質輸送が変調されるという現象を発見した。本研究では、この現象を掘り下げることで、“微小管は、細胞内で力学ストレスに対する変換器（メカノトランスデューサー）として機能しうる”という概念を世界に先駆けて実証することを目的とする。具体的には、力学ストレスにより変調される物質輸送の、①モータータンパク質種の依存性、②微小管の微細構造変化との相関性、③動力学計算によるメカニズムの考察を通して検証する。本研究は、当該分野の議論の中心となっている微小管の力学ストレスと機能との関連性を、独自開発の装置で検証する萌芽的な課題となっている。本研究成果は、１）細胞を取り巻く力学環境を研究対象としたバイオメカニクスやメカノバイオロジーなどの学術分野や、２）力学的なストレスが要因とされる外傷性脳損傷などの神経疾患分野、３）力学センサーなどの開発を目指すソフトマテリアルを含めた材料科学分野などへの波及効果も期待される。昨年度は課題②に取り組み、力学ストレスに対する微小管の微細構造変化と物質輸送との相関解析に取り組む。具体的には力学ストレスに対する物質輸送（キネシン）の変調現象と微小管の微細構造変化との相関を、開発済みのマイクロ引張圧縮試験機と高速原子間力顕微鏡（AFM）イメージング技術を用いて明らかにする。得られた画像データから、微小管を構成するチューブリンや、チューブリンの重合体であるプロトフィラメントなどの構造に関する解析を、さらに物質輸送速度、運動直進性、プロフィラメントの追従性などの解析を行うことで、課題①では得られない微視的な情報を得た

最近，我们发现，当机械应力施加到微管（细胞骨架）时，通过运动蛋白（动力蛋白）的物质运输受到调节。通过深入研究这一现象，这项研究旨在成为世界上第一个证明微管可以作为细胞内机械应力传感器（机械传感器）的概念。具体来说，我们将通过（1）对运动蛋白种类的依赖性，（2）与微管超微结构变化的相关性，以及（3）使用动态计算的机制来研究机械应力调节的质量运输机制。这项研究是一个探索性项目，使用独特开发的设备来验证机械应力与微管功能之间的关系，是该领域讨论的中心。这项研究的结果将应用于 1) 生物力学和机械生物学等学术领域，研究细胞周围的机械环境；2) 神经系统疾病领域，如创伤性脑损伤，机械应力是其中的一个因素 3)。预计这将在材料科学领域产生连锁反应，包括旨在开发机械传感器的软材料。去年，我们围绕主题②进行了研究，分析了微管微观结构响应机械应力和质量传递的变化之间的相关性。具体来说，我们将利用开发的微型拉伸压缩测试仪和高速原子力显微镜（AFM）成像技术，阐明响应机械应力的质量传输（驱动蛋白）调制现象与微管精细结构变化之间的相关性。做到吧。根据获得的图像数据，我们分析了构成微管的微管蛋白和作为微管蛋白聚合物的原丝的结构，以及质量传输速度、运动直线度和轮廓的跟随性。作业 1 中无法获得的微观信息。

项目成果

Microtubules function as mechanosensor to regulate intracellular transport

微管充当机械传感器来调节细胞内运输

• 发表时间: 2022
• 作者: Akira Kakugo

Methods in Molecular Biology, Microtubules-Methods and Protocols

分子生物学、微管方法和实验方案

• 发表时间: 2022
• 作者: Syeda Rubaiya Nasrin; Arif Md. Rashedul Kabir; Akira Kakugo
• 通讯作者: Akira Kakugo

Columbia University(米国)

哥伦比亚大学（美国）

Deformation of microtubules regulates translocation dynamics of kinesin

微管变形调节驱动蛋白的易位动力学

• DOI: 10.1126/sciadv.abf2211
• 发表时间: 2021
• 影响因子: 13.6
• 作者: Syeda Rubaiya Nasrin; Christian Ganser; Seiji Nishikawa; Arif Md Rashedul Kabir; Kazuki Sada; Takefumi Yamashita; Mitsunori Ikeguchi; Takayuki Uchihashi; Henry Hess; Akira Kakugo
• 通讯作者: Akira Kakugo

Methods in Molecular Biology, Microtubules-Methods and Protocols

分子生物学、微管方法和实验方案

• 发表时间: 2022
• 作者: Syeda Rubaiya Nasrin; Farhana Afroze; Arif Md. Rashedul Kabir; Akira Kakugo
• 通讯作者: Akira Kakugo