細胞－細胞小器官－分子の階層を貫く流れ刺激感知の力学的理解

通过细胞-细胞器-分子层次结构对流动刺激传感的机械理解

• 批准号: 17J03032
• 负责人: 牧 功一郎
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J03032/
• 关键词: バイオメカニクス; クロマチン; メカノトランスダクション; 静水圧; 軟骨細胞; 細胞周期; 幹細胞; メカノバイオロジー; DNA損傷; 関節軟骨; 材料力学; 機械工学; １分子; 生物物理

本研究では，関節軟骨における主たる力学刺激である静水圧が軟骨細胞のクロマチンおよび遺伝子発現に与える影響を明らかにすることを目的として、東京大学大学院工学系研究科およびヘルシンキ大学ライフサイエンス研究所において研究を進めた．東京大学における検討においては，軟骨細胞様細胞株として広く用いられるATDC5細胞が，静水圧（Hydrostatic pressure; HP）のもとでDNA損傷を生じることを明らかにした．さらに，静水圧のもとでヒストンのメチル化（H3K9me2,3）が抑制されることを見出した．これらの観察を説明づける一連の分子メカニズムを探るため，ヘルシンキ大学ライフサイエンス研究所Sara Wickstrom教授との共同研究をスタートし，2018年4月より2019年9月まで，ヘルシンキ大学にて実験検討を行ってきた．まず，マウスの大腿骨頭から軟骨細胞を単離し，細胞株化した．この細胞株は，ATDC5細胞に比して極めて高い軟骨細胞マーカーの発現を示した．樹立した細胞株に対して周期的な静水圧を負荷した．その結果，ヒストンのメチル化（H3K9me3）が抑制されること，クロマチンのアクセシビリティが増加すること，転写が活性化すること，さらに，DNA損傷を介してDNA複製が抑制されることなどが明らかとなった（論文投稿中）．軟骨細胞が示したこれらの応答は，静水圧の作用下における遺伝子発現の制御において重要な役割を果たしていると考えられる．今後の方向性として，クロマチンの構造変化を介した遺伝子発現の変化を探るため，ATAC シーケンシングが考えられる．現在は，東京大学との共同研究において，静水圧作用下のクロマチン構造変化および転写をモニタリングするための装置および可視化手法の開発を継続しており，静水圧のもとで生じる最上流の応答を解明することを目指している．

This study で は, masato cartilage に お け る main た る mechanical stimulation で あ る hydrostatic 圧 が chondrocytes の ク ロ マ チ ン お よ び heritage 伝 son 発 に and え る influence を Ming ら か に す る こ と を purpose と し て, courtyard at the university of Tokyo university, department of researchment department お よ び ヘ ル シ ン キ university ラ イ フ サ イ エ ン ス institute に お い を て research into め た. At the university of Tokyo に お け る beg に 検 お い て は, chondrocytes others in cell lines と し て hiroo く with い ら れ る が ATDC5 cells, Hydrostatic 圧 (Hydrostatic pressure; HP) の も と で DNA damage を raw じ る こ と を Ming ら か に し た. Youdaoplaceholder0, hydrostatic pressure is used for the inhibition of <s:1> とでヒスト, <s:1> メチ, が (H3K9me2,3) が, される, とを and とを. こ れ ら の 観 examine を illustrate づ け る for molecular メ の カ ニ ズ ム を agent る た め, ヘ ル シ ン キ university ラ イ フ サ イ エ ン ス institute professor Sara Wickstrom と の joint research を ス タ ー ト し, in April 2018 よ り September 2019 ま で, ヘ ル シ ン キ university に て be 験 検 line for を っ て き た. Youdaoplaceholder0, ウス ウス, <s:1>, thigh bone ら, ら chondrocytes を単 isolated from ウス, cell line formation ら た. The <s:1> cell line て, ATDC5 cells に are extremely めて higher than the て て, and the <s:1> chondrocyte <s:1> カ <s:1> shows を た た. Establish the な hydrostatic pressure を load <s:1> た of the <s:1> た cell line に against the <s:1> て cycle. そ の results, ヒ ス ト ン の メ チ ル change (H3K9me3) が inhibit さ れ る こ と, ク ロ マ チ ン の ア ク セ シ ビ リ テ ィ が raised plus す る こ と, planning to write が activeness す る こ と, さ ら に, DNA damage を interface し て DNA replication が inhibit さ れ る こ と な ど が Ming ら か と な っ た (in paper submitted). Chondrocytes が shown し た こ れ ら の 応 answer は, hydrostatic 圧 の に under お け る heritage 伝 son 発 is の suppression に お い て important な "を cut fruit た し て い る と exam え ら れ る. Future の directional と し て, ク ロ マ チ ン の structure - the を interface し た posthumous son 伝 発 の now - the を agent る た め, ATAC シ ー ケ ン シ ン グ が exam え ら れ る. は, now at the university of Tokyo と の joint research に お い て, under the action of hydrostatic 圧 の ク ロ マ チ ン structure - the お よ び planning write を モ ニ タ リ ン グ す る た め の device お よ び visualization technique の open 発 を 継 続 し て お り, hydrostatic 圧 の も と で raw じ る the best の 応 answer を interpret す る こ と を refers し て い る.

项目成果

Real-time TIRF observation of vinculin recruitment to stretched α-catenin by AFM.

实时TIRF观察AFM对拉伸的α-catenin募集的Vinculin募集。

• DOI: 10.1038/s41598-018-20115-8
• 发表时间: 2018-01-25
• 期刊: Scientific reports
• 影响因子: 4.6
• 作者: Maki K;Han SW;Hirano Y;Yonemura S;Hakoshima T;Adachi T
• 通讯作者: Adachi T

生体の科学

生物科学

• 发表时间: 2005
• 作者: Morrow;E.M.;Fujikawa et al.;佐藤 茂
• 通讯作者: 佐藤 茂

形成初期における細胞接着分子構造体のナノ引張特性

细胞粘附分子结构形成早期的纳米拉伸特性

• 发表时间: 2017
• 作者: 杉本大貴;木村藍;村田峻輔;小野玲;佐治直樹;新飯田俊平;鳥羽研二;櫻井孝;牧功一郎，古川克子，牛田多加志;仲尾信彦，牧功一郎，安達泰治
• 通讯作者: 仲尾信彦，牧功一郎，安達泰治

DNA breaks in chondrocyte progenitor cells under cyclic hydrostatic pressure

循环静水压下软骨祖细胞中的 DNA 断裂

• 发表时间: 2018
• 作者: Koichiro Maki;Katsuko Furukawa;Takashi Ushida
• 通讯作者: Takashi Ushida

静水圧負荷が軟骨細胞の DNA 損傷に及ぼす影響に関する検討

静水压负荷对软骨细胞DNA损伤影响的研究

• 发表时间: 2017
• 作者: 牧 功一郎;古川 克子;牛田 多加志
• 通讯作者: 牛田 多加志