細胞骨格がメカノセンサーであることを検証する研究

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すべての細胞は機械刺激を感知して様々な応答を示すが、その分子機構は謎である。その最大の理由は、メカノセンサーの分子実体やその仕組みが不明な点にある。現在唯一明瞭なメカノセンサーは膜伸展で活性化されるSAチャネルであるが、我々は最近細胞骨格(ストレス線維)がSAチャネル活性化における力の伝達媒体として働くと同時にそれ自身が機械刺激を感知して構造変化するメカノセンサーである可能性を見出した。本研究の目的は、インタクト細胞、セミインタクト細胞、in vitroアクチン線維の3つの標本を用いて機械(伸長)刺激に対するストレス(アクチン)線維の動態を解析し、ストレス(アクチン)線維がメカノセンサーであることを検証することである。平成16年度におけるインタクト細胞、およびセミインタクト細胞を用いた実験において、ストレス線維の張力が微小な時には、コフィリンがアクチン線維を脱重合してストレス線維の崩壊を導くことが示唆された。本年度は、in vitroの実験系でこの仮説を直接検証することを試みた。まずin vitroで蛍光標識した単一アクチン線維を調整し、アクチン線維の一端を、ミオシンでコートしてカバースリップに固定した大型ビーズで把持する。ついでアクチン線維の自由端にミオシンコートした小型ビーズを付着させ、レーザーピンセットで把持して、様々な張力を与えながら調節蛋白質(cofilin)によるストレス線維の崩壊をリアルタイムイメージングした。その結果、弛緩状態のアクチン線維はcofilinによって速やかに脱重合した。一方、レーザーピンセットによって伸張されたアクチン線維はストレス依存的にcofilinによる切断に対して抵抗性を示した。インタクト細胞に蛍光標識したcofilinを細胞内注入することにより、cofilinの結合そのものが、アクチン線維の張力によって調節されることが分かった。