細胞遊走過程を制御するシステム機構の同定

細胞遊走は胎発生、創傷治癒、癌細胞の浸潤・転移などを規定する重要な生命現象の一つである。これまでに細胞遊走に関与する多くの分子が生化学・分子生物学的な手法により同定されてきた。しかし、それらの動的ネットワークは未だ十分には明らかにされていない。本研究では、ヒト線維肉腫由来HT-1080細胞のライプビデオ画像を統計信号解析し、細胞遊走を制御する分子ネットワークの解明を試みた。まずRhoファミリーGタンパク質(RhoA、Rac1、Cdc42)の活性とフォスファチジルイノシトール3リン酸の局在をFRETバイオセンサーを用いてライブイメージングを行った。これらのビデオ画像を用いて細胞膜の伸張・退縮を定量化し、自己相関解析を行ったところ、自発的な細胞遊走過程の中に振動や伝播という秩序パターンが存在することを明らかにした。次に、細胞の形態変化の分子活性に対する相互相関解析を行い、細胞が伸張(または退縮)してから、約2分後にRac1の活性化(または不活性化)が起きることを明らかにした。さらにこの時間遅れの分子ネットワークを明らかにするために、阻害薬を用いた摂動解析と数値モデルの探索を行った結果、F-アクチンからRac1への正のフィードバック及びRac1からF-アクチンへの負のフィードバックの存在が示唆された。さらに、ミオシン軽鎖キナーゼKがRac1からF-アクチンへの負のフィードバックを介在していることも明らかにした。この2つの正と負のフィードバック経路は、自発的な細胞遊走過程の自己組織化を再現するモデルにおいて重要な役割を果たすと考えられる。

細胞遊走は胎発生、創傷治癒、癌細胞の浸潤・転移などを規定する重要な生命現象の一つである。これまでに細胞遊走に関与する多くの分子が生化学・分子生物学的な手法により同定されてきた。しかし、それらの動的ネットワークは未だ十分には明らかにされていない。本研究では、ヒト線維肉腫由来HT-1080細胞のライプビデオ画像を統計信号解析し、細胞遊走を制御する分子ネットワークの解明を試みた。まずRhoファミリーGタンパク質(RhoA、Rac1、Cdc42)の活性とフォスファチジルイノシトール3リン酸の局在をFRETバイオセンサーを用いてライブイメージングを行った。これらのビデオ画像を用いて細胞膜の伸張・退縮を定量化し、自己相関解析を行ったところ、自発的な細胞遊走過程の中に振動や伝播という秩序パターンが存在することを明らかにした。次に、細胞の形態変化の分子活性に対する相互相関解析を行い、細胞が伸張(または退縮)してから、約2分後にRac1の活性化(または不活性化)が起きることを明らかにした。さらにこの時間遅れの分子ネットワークを明らかにするために、阻害薬を用いた摂動解析と数値モデルの探索を行った結果、F-アクチンからRac1への正のフィードバック及びRac1からF-アクチンへの負のフィードバックの存在が示唆された。さらに、ミオシン軽鎖キナーゼKがRac1からF-アクチンへの負のフィードバックを介在していることも明らかにした。この2つの正と負のフィードバック経路は、自発的な細胞遊走過程の自己組織化を再現するモデルにおいて重要な役割を果たすと考えられる。