Direct measurement of the twisting and bending fluctuations of a single actin filament with SMFPM

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細胞には、重力などによる外力だけではなく、体内の骨格筋や平滑筋の動きに起因する様々な機械的（力）刺激が作用している。その結果、細胞は、これら力学刺激を受容して、細胞内骨格の形態変化など様々な応答を示す。生体膜や細胞骨格は外部からの力が働き、細胞の成長、分裂、形態が変化して、細胞応答を修飾する。最近では細胞に作用する機械的ストレスの大きな場所に誘引される中胚葉性幹細胞の存在も知られている。このように力の受容は生命科学において重要な地位を締めているが、力の受容を行っている分子機構の多くは未解明の状態である。その最大の理由は、力刺激の感知機構、言い換えるとメカノセンサーの分子実体が多くの場合、同定されておらず、さらにメカノセンサーが細胞の構造や機能に影響をあたえる仕組みの多くが不明な点にある。本研究では量子ドットと偏光一分子（粒子）イメージング顕微鏡を使って、アクチン線維が備えている力の受容の分子的仕組みを解明する。そして、アクチン線維の力学的状態変化がアクチン結合タンパク質分子コフィリンの作用を調節している分子機構を解明する。現在予想される仮説は“アクチン線維は線維の長軸方向に常にねじれており、このねじれの大きさは揺らいでる。外部からの力刺激でアクチン線維の張力が大きくなった時にはこのねじれのゆらぎは抑えられてコフィリンの結合が抑制される。本研究では、蛍光標識したアクチンフィラメントに異なる張力レベル（0.8～3.4pN）の力を加え、そのねじれや曲げを単一分子蛍光偏光顕微鏡を用いて直接測定した。その結果、単一アクチンフィラメントのねじれや曲げの揺らぎの振幅は、張力の増加とともに減少することがわかった。