細胞システムにおける「力学平衡」モデルの実証

細胞運動や組織形成などには、基質の伸展刺激や流れずり応力等の力学的刺激が重要な働きをすることが知られている。本研究の目的は、外力に対する細胞の力学的応答を調べることにより、細胞内のアクチンフィラメントネットワークの動的性質を明らかにする、特に、外的刺激に対する力学的な平衡状態(張力ホメオスタシス)の存在およびその性質また分子レベルでの要因を明らかにすることである。本研究により得た結果は以下である。1)弾性シャーレを用いて、生きたマウス繊維芽細胞(NIH-3T3)を伸長もしくは収縮させた時の、細胞のかたさ分布の時間変化を力学SPMを用いて測定した。細胞内のアクチンストレスファイバーに働く張力にも恒常性が存在し、元の状態に戻るために2時間程度の時定数を持つ。2)ストレスファイバーの収縮力の起源であるミオシン調節軽鎖(MRLC ; Myosin Regulatory Light Chain)に結合したリン酸数と張力の応答の関係を調べた。1リン酸化はできるが2リン酸化することが出来ないMRLC(MRLC-T18A)を過剰に発現させた細胞を機械的に伸張させ、その力学的応答をSPMによって測定した。この細胞では細胞内張力ホメオスタシスは起こらない。3)wild-type細胞を伸長もしくは収縮し、リン酸化されたMRLCの細胞内の空間分布を共焦点蛍光顕微鏡で観察した。細胞の伸長直後にストレスファイバー上に2リン酸化したMRLCが増大し、その後脱リン酸化が進み、120分後には伸長前の状態に戻った。また、細胞を収縮させると、収縮直後に1リン酸化したMRLCが減少し、その後リン酸化が進み、数十分後には収縮前の状態に戻った。2)-3)の結果から、細胞の定常状態におけるMRLCは1リン酸化状態をとり、外部からの伸長によって大きな細胞内張力が必要になれば2リン酸化状態、収縮によって細胞内張力が不要になれば脱リン酸化状態をとると考えられる。すなわち、細胞内張力の安定化機構はMRLCに結合したリン酸の数によって制御されていることが明らかになった。

細胞運動や組織形成などには、基質の伸展刺激や流れずり応力等の力学的刺激が重要な働きをすることが知られている。本研究の目的は、外力に対する細胞の力学的応答を調べることにより、細胞内のアクチンフィラメントネットワークの動的性質を明らかにする、特に、外的刺激に対する力学的な平衡状態(張力ホメオスタシス)の存在およびその性質また分子レベルでの要因を明らかにすることである。本研究により得た結果は以下である。1)弾性シャーレを用いて、生きたマウス繊維芽細胞(NIH-3T3)を伸長もしくは収縮させた時の、細胞のかたさ分布の時間変化を力学SPMを用いて測定した。細胞内のアクチンストレスファイバーに働く張力にも恒常性が存在し、元の状態に戻るために2時間程度の時定数を持つ。2)ストレスファイバーの収縮力の起源であるミオシン調節軽鎖(MRLC ; Myosin Regulatory Light Chain)に結合したリン酸数と張力の応答の関係を調べた。1リン酸化はできるが2リン酸化することが出来ないMRLC(MRLC-T18A)を過剰に発現させた細胞を機械的に伸張させ、その力学的応答をSPMによって測定した。この細胞では細胞内張力ホメオスタシスは起こらない。3)wild-type細胞を伸長もしくは収縮し、リン酸化されたMRLCの細胞内の空間分布を共焦点蛍光顕微鏡で観察した。細胞の伸長直後にストレスファイバー上に2リン酸化したMRLCが増大し、その後脱リン酸化が進み、120分後には伸長前の状態に戻った。また、細胞を収縮させると、収縮直後に1リン酸化したMRLCが減少し、その後リン酸化が進み、数十分後には収縮前の状態に戻った。2)-3)の結果から、細胞の定常状態におけるMRLCは1リン酸化状態をとり、外部からの伸長によって大きな細胞内張力が必要になれば2リン酸化状態、収縮によって細胞内張力が不要になれば脱リン酸化状態をとると考えられる。すなわち、細胞内張力の安定化機構はMRLCに結合したリン酸の数によって制御されていることが明らかになった。