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微小管メカニクスが誘導する細胞極性パターニング

微管力学诱导的细胞极性模式

基本信息

批准号：
21KK0127
负责人：
茂木文夫
金额：
$ 12.15万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-10-07 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

生体内の細胞は、発生過程で非対称な極性パターンを獲得する。この細胞極性の確立は、細胞内外で発生する力刺激を必要とすることが近年示されたが、この過程で細胞が力刺激を感知・応答する仕組みは未だに不明な点が多い。本研究では、細胞骨格である「微小管」を中心とするメカノトランスダクション機構が、細胞スケールの極性パターンを誘導する分子機構を包括的に理解することを目標とする。光遺伝学手法と細胞外基質の微細加工を利用した微小管の人為操作技術を確立し、高速高解像度ライブイメージングと画像解析・数理解析を融合した研究アプローチによって、細胞極性化における微小管メカニクスの生理的意義を解明する。本研究では、線虫初期胚とヒト培養細胞を対象として、細胞内微小管の構造と機能を人為操作することから、微小管メカニクスの変動が細胞極性パターンの誘導と維持に及ぼす影響を解析した。線虫初期胚では、細胞内温度変化によって微小管、微小管形成中心（中心子・中心体）、または微小管モーター（ダイニン複合体）の機能を操作する株を作成し、温度変化と同時にライブイメージングを可能な実験系を確立した。ヒト培養細胞では、メカノトランスダクション構造である細胞接着斑と微小管との相互作用を司る分子実態を明らかにしており、この相互作用を光遺伝学的手法で操作する実験系の開発を進めている。更に、国立シンガポール大学との共同研究により細胞外基質の機械的性質を微細加工することで、細胞接着斑メカノトランスダクションの空間パターンを人為操作する実験系を開発している。現在はこれらの細胞操作手法と、微小管の高速高解像度ライブイメージング、および画像解析・数理解析を融合したアプローチを組み合わせて、細胞極性化における微小管メカニクスが担う機能の包括的解明を目指している。

The cells in the organism are not compatible with each other in the process of development. The establishment of cell polarity, the generation of stress stimuli in and out of the cell, and the identification of stress stimuli in the process of cell polarization are not clear. This study aims to understand the molecular mechanisms involved in the induction of microtubule in the cellular framework. The application of optical microscopy to the microfabrication of extracellular matrix and the artificial manipulation of microtubules were established, and the physiological significance of microtubules in cell polarization was clarified by high-speed and high-resolution image analysis and mathematical analysis. In this study, we analyzed the effects of human manipulation on the structure and function of microtubules in cultured cells at the early stage of embryo development, microtubule movement, induction and maintenance of cell polarity. In the early embryo stage of the worm, the temperature changes inside the cell, and the microtubule forms the center (center body), and the microtubule forms the center (center body). The function of the microtubule complex is established. The temperature changes and the microtubule forms the center. Cultured cells have a structure that allows the development of molecular states in which cells attach to microtubules and interact with each other. In addition, the joint research of the National University of Science and Technology has developed a system for micromachining the mechanical properties of extracellular matrix and for manipulating the spatial distribution of extracellular matrix. Now, the cell manipulation method, micro-tube high-speed high-resolution image analysis, mathematical analysis, fusion, combination, cell polarization, micro-tube image analysis, including functional interpretation.