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

使用 SMFPM 直接测量单根肌动蛋白丝的扭曲和弯曲波动

基本信息

批准号：
21K06102
负责人：
辰巳仁史
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kanazawa Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

细胞不仅受重力等外力的影响，而且还受到体内骨骼和光滑肌肉运动引起的各种机械（力）刺激。结果，细胞接受这些机械刺激并表现出多种反应，包括内细胞骨架的形态变化。外力作用于生物膜和细胞骨架上，改变了细胞生长，分裂和形态，改变了细胞反应。最近，也已经知道了在很大程度上活跃在细胞上的机械应激的地方的中胚层干细胞的存在。因此，尽管接受力在生命科学中具有重要的地位，但许多接受力的分子机制尚不清楚。造成这种情况的主要原因是传感力刺激的机制，换句话说，在许多情况下，机械传感器的分子实体尚未鉴定出来，而机械传感器影响细胞结构和功能的许多机制尚不清楚。这项研究使用量子点和偏振单分子（粒子）成像显微镜来阐明肌动蛋白纤维提供的力接受的分子机制。然后，我们将阐明肌动蛋白纤维的机械状态变化的分子机制调节肌动蛋白结合蛋白分子cofilin的作用。 The current hypothesis is that "actin fibers are constantly twisted in the longitudinal direction of the fiber, and the magnitude of this torsion is shaking. When the tension of the actin fiber increases due to external force stimulation, this torsional fluctuation is suppressed and cofilin binding is suppressed. In this study, forces of different tension levels (0.8-3.4 pN) were applied to fluorescently labeled actin filaments,扭转和弯曲是直接使用单个分子荧光极化显微镜测量的。