大学院生の折井良太さん が笔头着者の論文がJournal of Cell Biology に掲載！
2024.12.04
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生きている细胞の新しい力学测定手法を开発することで、细胞骨格の物理的な性质を明らかにしました。
生命ナノシステム科学研究科博士後期課程2年の折井良太さんが細胞の新しい力学測定手法を開発することで、細胞骨格が物理的な力に対してどのように応答するのかを明らかにしました。その研究成果が「Journal of Cell Biology」に論文掲載されました。
笔头着者
生命ナノシステム科学研究科 博士后期课程2年
折井 良 太さん
指导教员
生命ナノシステム科学研究科
谷本 博一 准教授（细胞生物物理学）
论文タイトル
Structural response of microtubule and actin cytoskeletons to direct intracellular load
(日本语訳：直接の力学摂动に対する微小管とアクチン骨格の构造応答)
掲载雑誌
Journal of Cell Biology
DOI:
生命ナノシステム科学研究科 博士后期课程2年
折井 良 太さん
指导教员
生命ナノシステム科学研究科
谷本 博一 准教授（细胞生物物理学）
论文タイトル
Structural response of microtubule and actin cytoskeletons to direct intracellular load
(日本语訳：直接の力学摂动に対する微小管とアクチン骨格の构造応答)
掲载雑誌
Journal of Cell Biology
DOI:
今回の研究内容について折井さんに解説していただきました。
细胞の力学は、主に细胞骨格である微小管＊１とアクチン＊２に担われています。微小管とアクチンは力に応答し、力を生成することでさまざまな生命现象を织りなします。例えば、微小管は细胞核付近を中心に放射状のネットワーク构造を形成し、モーターのような働きをするたんぱく质（分子モーター）から力を受けることで、细胞内构造の配置に寄与しています。アクチンは、フィラメント状の构造を形成して伸长することで力を生成して、细胞の运动を引き起こします。微小管とアクチンの力学的な性质を明らかにすることは生命现象の理解には必要不可欠です。
それにも関わらず、微小管とアクチンが生きている细胞の中で示す力学特性はほとんど理解されていません。细胞の外から细胞表面に力を加えることで细胞骨格の変形を引き起こす研究が古くから行われていますが、このような间接的な手法は细胞膜など、标的以外の构造の影响を受けてしまいます。生きている细胞の中で微小管やアクチンに直接力を加えて力学特性を测定する手法の构筑は、生物物理学分野の大きな课题でした。
本研究は、细胞骨格の力学特性を直接测定するための新しい力学测定手法を开発しました（図补）。既存の直接测定手法の弱点である「発挥できる力が小さい」という点を克服するために、新规のプローブとして磁性流体を用いることで従来の1000倍程度の非常に大きな力の生成を可能にして、细胞骨格の変形応答を引き起こすことに成功しました。
この手法を用いて、细胞内の微小管ネットワーク构造に力を加えたところ、これまで离散的な构造であると考えられていた微小管ネットワークは、実は连続体のような変形応答を示しました（図产）。微小管の変形パターンをアクチンの変形応答と比较したことによって、微小管とアクチン构造が力学的に相互作用し、微小管构造の连続体のような応答が実现することがわかりました（図肠）。さらに、微小管一本の変形応答に着目した高精度な解析により、単一高分子スケールにおいて微小管とアクチンが密接に络まり合っていることを示しました。
本研究の成果は、细胞内构造の直接的な力学摂动に対する変形応答を定量的に测定した初めての例となります。本研究で开発した手法を用いることで、细胞骨格だけでなくさまざまな细胞内构造の力学特性の理解が进むと期待しています。
细胞の力学は、主に细胞骨格である微小管＊１とアクチン＊２に担われています。微小管とアクチンは力に応答し、力を生成することでさまざまな生命现象を织りなします。例えば、微小管は细胞核付近を中心に放射状のネットワーク构造を形成し、モーターのような働きをするたんぱく质（分子モーター）から力を受けることで、细胞内构造の配置に寄与しています。アクチンは、フィラメント状の构造を形成して伸长することで力を生成して、细胞の运动を引き起こします。微小管とアクチンの力学的な性质を明らかにすることは生命现象の理解には必要不可欠です。
それにも関わらず、微小管とアクチンが生きている细胞の中で示す力学特性はほとんど理解されていません。细胞の外から细胞表面に力を加えることで细胞骨格の変形を引き起こす研究が古くから行われていますが、このような间接的な手法は细胞膜など、标的以外の构造の影响を受けてしまいます。生きている细胞の中で微小管やアクチンに直接力を加えて力学特性を测定する手法の构筑は、生物物理学分野の大きな课题でした。
本研究は、细胞骨格の力学特性を直接测定するための新しい力学测定手法を开発しました（図补）。既存の直接测定手法の弱点である「発挥できる力が小さい」という点を克服するために、新规のプローブとして磁性流体を用いることで従来の1000倍程度の非常に大きな力の生成を可能にして、细胞骨格の変形応答を引き起こすことに成功しました。
この手法を用いて、细胞内の微小管ネットワーク构造に力を加えたところ、これまで离散的な构造であると考えられていた微小管ネットワークは、実は连続体のような変形応答を示しました（図产）。微小管の変形パターンをアクチンの変形応答と比较したことによって、微小管とアクチン构造が力学的に相互作用し、微小管构造の连続体のような応答が実现することがわかりました（図肠）。さらに、微小管一本の変形応答に着目した高精度な解析により、単一高分子スケールにおいて微小管とアクチンが密接に络まり合っていることを示しました。
本研究の成果は、细胞内构造の直接的な力学摂动に対する変形応答を定量的に测定した初めての例となります。本研究で开発した手法を用いることで、细胞骨格だけでなくさまざまな细胞内构造の力学特性の理解が进むと期待しています。
折井 良太さんのコメント
本研究は、メインテーマの研究が行き詰ったときに着手した研究でした。试行错误の末に、结果として満足のいく内容になりました。
指导教官の谷本さんは、研究のけの字も知らなかった私に、热心に指导していただきました。また研究室の方々のサポートには大変助けられました。ありがとうございます！
指导教员 谷本 博一准教授のコメント
折井くんおめでとうございます。
用语説明
*1 微小管：チューブリンと呼ばれるタンパク質が重合することで形成される一次元状の構造。高次の構造を形成することで、細胞分裂や核の中央化に寄与する。
*2 アクチン：単量体のアクチン分子が多数重合することで、アクチンフィラメントと呼ばれる一次元状の構造を形成する。細胞内ではアクチンフィラメントがさらに互いに架橋されることで密なネットワーク構造を形成する。
本研究は、メインテーマの研究が行き詰ったときに着手した研究でした。试行错误の末に、结果として満足のいく内容になりました。
指导教官の谷本さんは、研究のけの字も知らなかった私に、热心に指导していただきました。また研究室の方々のサポートには大変助けられました。ありがとうございます！
指导教员 谷本 博一准教授のコメント
折井くんおめでとうございます。
用语説明
*1 微小管：チューブリンと呼ばれるタンパク質が重合することで形成される一次元状の構造。高次の構造を形成することで、細胞分裂や核の中央化に寄与する。
*2 アクチン：単量体のアクチン分子が多数重合することで、アクチンフィラメントと呼ばれる一次元状の構造を形成する。細胞内ではアクチンフィラメントがさらに互いに架橋されることで密なネットワーク構造を形成する。