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

基本信息

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

项目摘要

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．

在这项研究中，我们在东京大学工程研究生院和赫尔辛基大学生命科学研究所进行了研究，目的是阐明静液压压力的作用，这是关节软骨中的主要机械刺激，对Chondrocytes的染色质和基因表达。东京大学的一项研究表明，广泛用作软骨细胞样细胞系的ATDC5细胞在静水压力（HP）下会导致DNA损伤。此外，发现组蛋白甲基化（H3K9me2,3）在静水压力下被抑制。为了探索一系列解释这些观察结果的分子机制，我们开始与赫尔辛基大学生命科学研究所Sara Wickstrom教授进行合作研究，并于2018年4月至2019年9月在赫尔辛基大学进行了实验研究。首先，Chondrocytes是从小鼠头部隔离的。与ATDC5细胞相比，该细胞系显示了软骨细胞标记的表达极高。循环静水压力应用于已建立的细胞系。结果，已经揭示了组蛋白甲基化（H3K9ME3）被抑制，染色质的可及性增加，转录被激活并通过DNA损伤抑制DNA复制（纸张提交）。软骨细胞所示的这些反应被认为在静水压力作用下的基因表达中起重要作用。未来的方向是通过染色质的结构变化探索基因表达的变化，并且可以进行ATAC测序。目前，在东京大学的联合研究中，我们正在继续开发设备和可视化方法，以监测静水压力下的染色质结构变化和转录，旨在阐明在静水压力下发生的上游反应。