Development of intracellular force sensors and actuators for organelle research

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核などの細胞内構造と周囲の細胞質が持つ物性と力場を高精度で計測・操作可能な技術の開発とそれに基づく新たな生物メカニズムの発見を目標に、当該年度では特に以下の研究項目に重点を置いて研究を行った。１）オルガネラ動態の可視検出技術の開発：研究は当初の予定に従って初期胚の核を対象に行った。胚の生化学操作と生細胞観察が可能な顕微鏡システムを構築し、核膜の変形、核膜構造の組成変化、内部クロマチン動態等を構成因子への蛍光標識や不活性型Cas9を使って高い時空間精度で数値化できる手法を確立した。またナノサイズの蛍光性粒子を胚に導入し、細胞質の物性と発生ステージ依存性の定量決定を達成した。２）オルガネラ物性計測・操作技術の開発：核の物性を生細胞内で計測可能なキャピラリー型探針にもとづく技術を2種類開発した。それぞれの方法が相補的に機能して核の局所物性と大局的な物性を定量可能なことを確認し、力のパラメータ依存的に変化する核のレオロジー特性の取得を予定通り達成した。また開発した手法が非侵襲であることを胚の発生率を指標に実証した。さらに核の物性操作について、核内で重合する骨格構造の動態制御経路に介入可能な手法を確立し、発生の特定の時期における核の硬さと可塑性の操作を予定に先だって実現した。３）初期胚の核物性と生理機能の関係性の解析：開発した上記技術を使って、初期胚における核の物性、核膜組成、核内クロマチン動態、発生能等を網羅的に解析した。その結果、核の構造・物性変化を起点とした新規の発生プログラムを同定した。この成果をプレプリント論文としてまとめ、発表を行った。