カドヘリンのクラスター形成機構および機械刺激による結合構造の制御機構の解明

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本研究では、細胞と細胞をつなぐ細胞間接着分子であるカドヘリンのクラスター形成メカニズムと、機械刺激によって誘起される構造変換メカニズムを、高速原子間力顕微鏡 (高速AFM) を用いた液中における分子の直接観察によって明らかにする。令和4年度は、研究計画調書のスケジュールに準じて、カドヘリンのクラスター形成メカニズムの解明に取り組んだ。令和4年度の主な成果として、①細胞間接着を模倣した人工脂質膜間におけるクラスター形成の誘導、②高速AFMを用いたクラスターの形成・解離のダイナミクスの高分解能観察の2点に成功した (詳細については現在までの進捗状況を参照)。上記の実験結果により、相対する脂質膜間におけるカドヘリンのクラスター形成には同一脂質膜上で隣り合うカドヘリン間の結合 (シス結合) が関与することと、クラスターを構成するカドヘリンの一部がダイナミックに構造を変換することで、細胞間隙においてクラスターが成長する方向を制御可能であることを見出した。本研究成果は、カドヘリンのクラスター形成メカニズムを高速AFMを用いた直接観察によってナノメートルのスケールで解明した世界で初めての成果である。本研究成果は、多細胞動物の形態形成に必要不可欠な、カドヘリンのクラスター形成を介した細胞間接着の強化メカニズムの解明に大きく寄与すると考える。その他、現在進行中であるが、過去に報告されたカドヘリンクラスターの結晶構造から生成した疑似AFM像と、液中で取得した実際の高速AFM像を比較することで、より詳細なクラスター形成メカニズムの解析に取り組んでいる。