Study on the switching mechanism of structural and tensional memory of cells

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血管や骨，皮膚などの生体組織は力学環境の変化に応じて「リモデリング」する．このリモデリングを担う細胞骨格要素として，アクチンストレスファイバが注目されてきた．研究代表者は，ストレスファイバには，自身の構造が一旦バラバラになっても，ファイバの配向や発生する張力を効率良く再現させる「構造と力の記憶」が備わる可能性に気付いた．このような個々の細胞骨格分子の特性は，外乱に対する組織全体の恒常性を保つ基盤原理となっている可能性が高い．そこで本研究では，アクチンストレスファイバに生化学的・物理的外乱を加え分解させた後，その分子構造や張力が再現するか？あるいは崩壊するか？を詳しく調べる．そして，その再現と崩壊のスイッチングメカニズムを明らかにすることを目的としている．研究初年度は，独自開発した短パルスレーザアブレーションシステムを使って，単一の状態で培養した血管平滑筋細胞内の個々のストレスファイバを切断し，その収縮挙動ならびに修復・再構成する様子を高感度カメラで連続撮影した．また，マイクロコンタクトプリンティング法を使って細胞の接着領域を制御することで，細胞形態を正方形状や長方形状に操作しながら，細胞形態によるファイバの修復の違いを詳しく調べた．切断されたストレスファイバの収縮挙動は1次遅れ系で良好に近似でき，ファイバが粘弾性特性を有することが分かった．また，細胞の輪郭を形成するストレスファイバの修復率が有意に高いことや，細長い形態の細胞ほど，ファイバの修復率が高いことが明らかとなってきた．