アクチンアセンブリー動態の細胞間不均一性からせまる遊走モードの多様性と制御原理

肌动蛋白组装动力学中细胞间异质性揭示的迁移模式的多样性和控制原理

• 批准号: 19K06633
• 负责人: 中島 昭彦
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K06633/
• 关键词: 細胞運動; 細胞極性; 走化性; マイクロ流路; ライブセルイメージング; 細胞骨格; アクチン; ハイスループット

遊走性細胞の走化性の運動特性についてのルールの解明を目指し、本研究では、フォトリソグラフィを用いた微細加工技術と共焦点顕微鏡観察系の融合による、ハイスループットライブイメージング計測系を構築し、細胞遊走における細胞の個性とその特性を解析した。これまでの細胞遊走の先行研究の多くでは、せいぜい10から数十細胞分の遊走動態を解析していたのに対して、本計測系では、1000を超える細胞についての膜変形や細胞内分子動態解析を実現し、深層学習を利用した細胞輪郭の自動検出によって自動的な画像処理を行えるようにした。それらから、粘菌アメーバと好中球様培養細胞株HL６０の移動速度と細胞極性動態が細胞サイズに依存することを見出した。細胞サイズが中程度の場合、移動速度と細胞サイズは正の相関を示し、F-actinの細胞局在動態から評価した細胞極性は単一の方向、誘引物質濃度の高い方向に安定していた。ある一定サイズを超えた大きい細胞では、細胞サイズが大きくなるにつれてむしろ移動速度は減少し、細胞は誘引物質濃度の高い側のみならず低い側に先導端を形成し双極的な極性を示した。細胞サイズが小さくなると、先導端が一方向に安定せず誘引物質の高濃度側と低濃度側の間を振動し、その結果、方向的移動が見られなくなった。細胞の誘引物質刺激への応答性と極性動態の関係をさらに調べるため、マイクロ流路を用いて誘引物質方向の時間反転実験系による誘引物質方向を反転させた場合の方向転換動態解析から、細胞の発達段階に応じて濃度増加・減少に対する細胞反転動体が異なることを見出した。それら細胞では、アクチンバンドルの集積の仕方や推進力の起源が異なっていることがアクチン関連分子の集積パタンや時間空間動体から示唆された。

为了阐明有关迁移细胞趋化特性的规则，本研究通过融合基于光刻的微观生物学技术和共聚焦显微镜观察系统构建了高通量实时成像测量系统，并分析了细胞迁移中细胞的个性和特征。在许多先前关于细胞迁移的研究中，分析了最多10至数十个细胞的迁移动力学，而该测量系统已经实现了1000多个细胞的膜变形和细胞内分子动力学分析，从而使自动图像处理可以通过使用深度学习的细胞轮廓自动检测。从这些过程中，发现粘液霉菌变形虫和中性粒细胞样细胞系HL60的迁移率和细胞极性取决于细胞大小。对于中等细胞大小，迁移速率和细胞大小呈正相关，从F-肌动蛋白的细胞定位动力学评估的细胞极性沿单个方向稳定，沿较高的吸引力浓度的方向稳定。对于超过一定尺寸的大细胞，随着细胞大小的增加，迁移速度实际上下降，并且细胞不仅在高吸引力的一侧形成领先边缘，而且在较低的吸引力浓度的一侧也形成了双极浓度，显示了双极极性。当细胞尺寸减小时，引导端在一个方向上不稳定，并在吸引剂的高浓度侧之间振动，从而导致没有方向运动。为了进一步研究细胞对吸引力刺激和极性动力学的反应之间的关系，我们发现，当使用微流体通道的时间反向实验系统逆转吸引力方向时，细胞逆变器会取决于细胞逆变器的发展阶段。肌动蛋白相关分子的积累模式以及时间和空间移动表明，肌动蛋白束在这些细胞中的积累和驱动力的起源不同。

项目成果

細胞性粘菌から理解する遊走性細胞組織の知覚と行動原理

了解细胞粘菌迁移细胞组织的感知和行为原理

• 发表时间: 2019
• 作者: Makito Yamada;Yasunori Shio;Toshiki Akiyama;Tetsuo Honma;Yuuta Ohki;Naoyuki Takahashi;Kenichi Murai;Mitsuhiro Arisawa;中島昭彦
• 通讯作者: 中島昭彦

Integration of cell polarity and direction sensing in chemotactic migration of immune cells

细胞极性和方向传感在免疫细胞趋化迁移中的整合

• 发表时间: 2019
• 作者: Fukunaga T;Tanaka N;Furumoto T;Nakakita S;Ohashi T;Higuchi Y;Maekawa H;Takegawa K;20.Akihiko Nakajima
• 通讯作者: 20.Akihiko Nakajima

Cell size-dependent polarity dynamics in cells and tissues

细胞和组织中细胞大小依赖性极性动力学

• 发表时间: 2019
• 作者: 小金澤優太;佐藤守俊;若本祐一;榎木亮介;中島昭彦
• 通讯作者: 中島昭彦

Phosphatidic acid-dependent localization and basal de-phosphorylation of RA-GEFs regulate lymphocyte trafficking

• DOI: 10.1186/s12915-020-00809-0
• 发表时间: 2020-06-29
• 期刊: BMC BIOLOGY
• 影响因子: 5.4
• 作者: Ishihara，Sayaka;Sato，Tsuyoshi;Katagiri，Koko
• 通讯作者: Katagiri，Koko

細胞遊走動態からみる細胞・組織秩序の創発原理

从细胞迁移动力学中看到的细胞和组织秩序的涌现原理

• 发表时间: 2019
• 作者: Koganezawa;K.;Sato;M.;Wakamoto;Y.;中島昭彦
• 通讯作者: 中島昭彦