接着結合を介した張力発生フィードバック機構の解明

通过粘合阐明张力产生反馈机制

基本信息

批准号：
14J01854
负责人：
牧功一郎
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J01854/
关键词：
メカノトランスダクションバイオメカニクス原子間力顕微鏡全反射照明蛍光観察 αカテニン１分子ナノ引張試験１分子立体構造イメージングメカノバイオロジーナノフィッシング原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）メカノセンシング１分子細胞間接着結合リモデリング

项目摘要

本研究では、細胞間の力学的な情報伝達機構を明らかにすることを目指し、特に、αカテニンを介した細胞間張力感知メカニズムを分子レベルで解明することを目的とした。αカテニンは張力作用下でその立体構造（コンフォメーション）を変化させ、アクチン結合性タンパク質の１つであるビンキュリンを誘導することから、力を生化学シグナルに変換する「メカノセンサ」として機能する。本研究では、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）による１分子ナノ引張試験と１分子立体構造イメージング、および、全反射顕微鏡（ＴＩＲＦＭ）による１分子蛍光観察が複合した実験系を構築することにより、細胞の能動的な張力発生において、力学的因子および生化学的因子が連成した分子機構に迫った。得られた成果は以下の通りである。（１）αカテニンに対する１分子ナノ引張試験の結果、αカテニンが張力の作用下でその立体構造を変化させ、アンフォールディングしにくい状態でビンキュリンを待ち受ける適応的な張力感知メカニズムが存在することが明らかとなった。（２）１分子構造イメージングの結果、張力作用下におけるαカテニンの立体構造変化は、分子内のドメイン間相互作用の低下により引き起こされることが示された。（３）αカテニンの立体構造変化に伴うビンキュリンとの親和性の変化を明らかとするため、ＡＦＭとＴＩＲＦＭとを組み合わせた新たな実験系を構築した。ＡＦＭ－ＴＩＲＦＭシステムを用いて、張力作用下のαカテニンに対するビンキュリンの結合を観察した。その結果、αカテニンの立体構造の変化に伴うビンキュリンとの親和性の変化が、力学的に安定なαカテニン－ビンキュリン分子複合体の形成を導くメカニズムが提示された。以上、本研究は、１分子レベルのバイオメカニクス実験を通じて、接着結合を介した張力感知メカニズムに関する新たな知見を提供するものである。

这项研究旨在阐明细胞之间的信号传导的动力学机制，尤其是在分子水平上通过α-catenin阐明细胞间张力传感的机理。 α-catenin在张力下改变其构象，并诱导Vinculin（肌动蛋白结合蛋白之一），因此作为“机械传感器”的作用，可将力转化为生化信号。在这项研究中，我们构建了一个实验系统，在该系统中，使用原子力显微镜（AFM）和单分子结构成像进行了单分子纳米验测试，并使用总反射显微镜（TIRFM）组合了单分子荧光观察，以仔细观察分子机制，从而在该机械上进行仔细研究。所获得的结果如下：（1）α-catenin的单分子纳米过敏测试的结果表明，存在一种适应性张力感应机制，其中α-catenin在张力的效果下会改变其三维结构，并且在难以展开时等待vinculin。（2）单分子结构成像表明，张力下α-catenin的构象变化是由分子内部域间相互作用减少引起的。（3）为了揭示由于α-catenin的构象变化而与Vinculin的亲和力变化，建立了一种新的实验系统，将AFM和TIRFM结合在一起。使用AFM-TIRFM系统，观察到了vinculin在张力下与α-catenin的结合。结果，已经提出了一种机制，该机制与vinculin的亲和力发生变化，并伴随着α-catenin构象的变化，导致形成机械稳定的α-蛋白蛋白 - 钙素分子复合物。这项研究通过在单分子水平的生物力学实验中通过粘合键通过粘合键来对张力传感的机理提供新的见解。