Experimental and theoretical study of the cytoskeleton "microtubules" as mechanotransducers.

细胞骨架“微管”作为机械传感器的实验和理论研究。

• 批准号: 21K19877
• 负责人: 角五 彰
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Kyoto University (2022)Hokkaido University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K19877/
• 关键词: 微小管; 物質輸送; キネシン; ダイニン; 力学ストレス; メカノトランスデューサー

最近、細胞骨格である微小管に力学的なストレスが印加されるとモータータンパク質（ダイニン）を介した物質輸送が変調されるという現象を発見した。本研究では、この現象を掘り下げることで、“微小管は、細胞内で力学ストレスに対する変換器（メカノトランスデューサー）として機能しうる”という概念を世界に先駆けて実証することを目的とする。具体的には、力学ストレスにより変調される物質輸送の、①モータータンパク質種の依存性、②微小管の微細構造変化との相関性、③動力学計算によるメカニズムの考察を通して検証する。本研究は、当該分野の議論の中心となっている微小管の力学ストレスと機能との関連性を、独自開発の装置で検証する萌芽的な課題となっている。本研究成果は、１）細胞を取り巻く力学環境を研究対象としたバイオメカニクスやメカノバイオロジーなどの学術分野や、２）力学的なストレスが要因とされる外傷性脳損傷などの神経疾患分野、３）力学センサーなどの開発を目指すソフトマテリアルを含めた材料科学分野などへの波及効果も期待される。昨年度は課題②に取り組み、力学ストレスに対する微小管の微細構造変化と物質輸送との相関解析に取り組む。具体的には力学ストレスに対する物質輸送（キネシン）の変調現象と微小管の微細構造変化との相関を、開発済みのマイクロ引張圧縮試験機と高速原子間力顕微鏡（AFM）イメージング技術を用いて明らかにする。得られた画像データから、微小管を構成するチューブリンや、チューブリンの重合体であるプロトフィラメントなどの構造に関する解析を、さらに物質輸送速度、運動直進性、プロフィラメントの追従性などの解析を行うことで、課題①では得られない微視的な情報を得た

Recently, the phenomenon of micro-tube mechanics has been discovered. This study is based on the concept of "microtubule, intracellular dynamics, and function of transducers" and "world first evidence." Specifically, we will conduct thorough examinations and demonstrations on the changes in material transport in mechanical properties,(1) the dependence of materials on the material species,(2) the correlation between the microstructure changes of microtubes, and (3) the investigation of the equipment used in dynamic calculations. This study is aimed at the budding topic of developing independent devices when the discussion of this field is centered on the relationship between the mechanical properties and functions of microtubes. The results of this study include: 1) the academic division of the study of the mechanical environment in the cellular environment; 2) the division of the mechanical environment into the main causes of traumatic injury and neurological disease; 3) the development of mechanical environment into the development of mechanical environment, including the division of materials science; and the expected results. Last year's topic 2 was on the selection and analysis of microstructure and material transport in microtubes. Specific mechanical properties of the material transport phenomenon, micro-tube microstructure and correlation, development of micro-tensile testing machine and high speed atomic force microscopy (AFM) technology for the application of light To obtain the information of the Weishi app, the analysis of the material transport speed, the motion linearity, and the tracking property of the micro-tube structure.

项目成果

Microtubules function as mechanosensor to regulate intracellular transport

微管充当机械传感器来调节细胞内运输

• 发表时间: 2022
• 作者: Syeda Rubaiya Nasrin;Christian Ganser;Seiji Nishikawa;Arif Md Rashedul Kabir;Kazuki Sada;Takefumi Yamashita;Mitsunori Ikeguchi;Takayuki Uchihashi;Henry Hess;Akira Kakugo;Akira Kakugo
• 通讯作者: Akira Kakugo

Columbia University(米国)

哥伦比亚大学（美国）

Methods in Molecular Biology, Microtubules-Methods and Protocols

分子生物学、微管方法和实验方案

• 发表时间: 2022
• 作者: Syeda Rubaiya Nasrin;Arif Md. Rashedul Kabir;Akira Kakugo
• 通讯作者: Akira Kakugo