アメーバ細胞の中ではたらく直動回転変換ダイナミクス

魚類表皮細胞ケラトサイトは、ラグビーボールの形状をした細胞体の中に、ストレスファイバを、ラグビーボールの縫い目に沿うように複数配列させ、細胞体を車輪のように回転させるというユニークなアメーバ運動を行うことを私達は以前発見した。ストレスファイバはそのアクトミオシンの構造から考えると直線的な収縮運動しかできないはずである。本研究の目的は、ス トレスファイバの直線的な収縮運動が回転運動に変換されるメカニズムを解明することである。様々な人工的な移動体において直動-回転変換機構は重要な役割を担っている。人工機械の構造が硬いのに対して、生物にはやわらかいという特性がある。本研究では、ストレスファイバの収縮によりやわらかい細胞質が変形することで直動-回転変換を行っているという仮説を立て、顕微鏡観察と機械モデル製作という生物学・工学的手法を組合わせて仮説を立証する。昨年度は、上述の仮説を実証するために、やわらかい弾性材料を用いて細胞体を模した機械モデルを製作した。やわらかい変形可能な円筒状の弾性材料にコイルを埋め込み、コイルに電流を流したところ、コイルが収縮し機械モデルが動くことを確認できた。今年度は上述の機械モデルの動作解析を詳細に行い、実際の細胞の運動と比較した。機械モデルでは、コイルの収縮に伴いモデルの重心が移動することによって回転しているのではなく、モデルが変形し地面を蹴って回転していることがわかった。このことから実際の細胞が地面を蹴っているかどうかを観察するために、細胞をやわらかい基盤に這わせたところ、基盤の変形から、蹴っていると推察される動きが見られた。

魚類表皮細胞ケラトサイトは、ラグビーボールの形状をした細胞体の中に、ストレスファイバを、ラグビーボールの縫い目に沿うように複数配列させ、細胞体を車輪のように回転させるというユニークなアメーバ運動を行うことを私達は以前発見した。ストレスファイバはそのアクトミオシンの構造から考えると直線的な収縮運動しかできないはずである。本研究の目的は、ス トレスファイバの直線的な収縮運動が回転運動に変換されるメカニズムを解明することである。様々な人工的な移動体において直動-回転変換機構は重要な役割を担っている。人工機械の構造が硬いのに対して、生物にはやわらかいという特性がある。本研究では、ストレスファイバの収縮によりやわらかい細胞質が変形することで直動-回転変換を行っているという仮説を立て、顕微鏡観察と機械モデル製作という生物学・工学的手法を組合わせて仮説を立証する。昨年度は、上述の仮説を実証するために、やわらかい弾性材料を用いて細胞体を模した機械モデルを製作した。やわらかい変形可能な円筒状の弾性材料にコイルを埋め込み、コイルに電流を流したところ、コイルが収縮し機械モデルが動くことを確認できた。今年度は上述の機械モデルの動作解析を詳細に行い、実際の細胞の運動と比較した。機械モデルでは、コイルの収縮に伴いモデルの重心が移動することによって回転しているのではなく、モデルが変形し地面を蹴って回転していることがわかった。このことから実際の細胞が地面を蹴っているかどうかを観察するために、細胞をやわらかい基盤に這わせたところ、基盤の変形から、蹴っていると推察される動きが見られた。