高精度単分子イメージングによるアクチンダイナミクス-接着斑連関の生理的意義の解明

細胞と細胞外基質を連結する接着構造（接着斑）の形成と細胞仮足の伸展は、がん細胞の運動亢進や神経突起伸長に重要である。接着斑は接着分子インテグリンが多様なタンパク質と協働して細胞外基質とアクチン細胞骨格を連結する。一方、アクチン線維は絶え間なく細胞中央に向かって流動しており、接着斑分子がどのようにアクチン線維をインテグリンに連結しているかの詳細は不明であった。本研究では細胞内単分子スペックル顕微鏡法により、アクチン線維流動と接着斑の連結機構を明らかにすることを目的としている。これまで私は、接着斑分子タリンの生細胞内蛍光単分子イメージング解析を行い、タリン分子の構造変化（rod ドメインのアンフォールディング）に依存したアクチン線維と接着斑の一過的な連結、及び、細胞内力伝達機構を明らかにした。さらに、アメリカリーハイ大学の研究グループ (Dimitris Vavylonis 教授）との共同研究により、シミュレーション解析を行い、本研究の発見を裏付けるデータを得た。これらの一連の研究成果により、マイクロメートルスケールの細胞内構造の動きを、ナノメートルスケールの分子がダイナミックに構造変化することによって力伝達を実現する、新しい機構を明らかにすることができた。昨年度は、これらの研究成果について学術論文を国際学会誌に投稿し、追加実験等を含むリバイスを経て、現在は査読中である。また、本研究成果を2022年に開催された第74回日本細胞生物学会、第11回分子モーター討論会、第10回定量生物の会年会で口頭発表により報告した。また、2023年３月には、アメリカ物理学会大会 American Physical Society March Meeting) において、招待講演を行った。

細胞と細胞外基質を連結する接着構造（接着斑）の形成と細胞仮足の伸展は、がん細胞の運動亢進や神経突起伸長に重要である。接着斑は接着分子インテグリンが多様なタンパク質と協働して細胞外基質とアクチン細胞骨格を連結する。一方、アクチン線維は絶え間なく細胞中央に向かって流動しており、接着斑分子がどのようにアクチン線維をインテグリンに連結しているかの詳細は不明であった。本研究では細胞内単分子スペックル顕微鏡法により、アクチン線維流動と接着斑の連結機構を明らかにすることを目的としている。これまで私は、接着斑分子タリンの生細胞内蛍光単分子イメージング解析を行い、タリン分子の構造変化（rod ドメインのアンフォールディング）に依存したアクチン線維と接着斑の一過的な連結、及び、細胞内力伝達機構を明らかにした。さらに、アメリカリーハイ大学の研究グループ (Dimitris Vavylonis 教授）との共同研究により、シミュレーション解析を行い、本研究の発見を裏付けるデータを得た。これらの一連の研究成果により、マイクロメートルスケールの細胞内構造の動きを、ナノメートルスケールの分子がダイナミックに構造変化することによって力伝達を実現する、新しい機構を明らかにすることができた。昨年度は、これらの研究成果について学術論文を国際学会誌に投稿し、追加実験等を含むリバイスを経て、現在は査読中である。また、本研究成果を2022年に開催された第74回日本細胞生物学会、第11回分子モーター討論会、第10回定量生物の会年会で口頭発表により報告した。また、2023年３月には、アメリカ物理学会大会 American Physical Society March Meeting) において、招待講演を行った。