天野 優

天野, 優

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Kwansei Gakuin University Repository

２０１４年度修士論文要旨 上皮形態形成におけるアルファカテニンの張力依存性の意義  関西学院大学大学院理工学研究科 生命科学専攻西脇研究室 天野 優  【研究目的】組織の形態形成においては、個々の細胞の変形を生み出すミオシン II の収縮力が隣接する細胞に適切に伝達され、全体として協調して変形することが重要である。収縮力の伝達は細胞間接着装置のアドヘレンスジャンクション(AJ)で行われる。AJ の構成にはカドヘリン、βカテニン、αカテニンからなる複合体が必須で、αカテニンは、直接もしくはアクチン結合タンパク質を介してアクチン繊維と結合し、そこにミオシン II が作用する。近年、ミオシン IIの張力に依存して AJ が発達することや、AJ の構成分子であるアクチン結合タンパク質ビンキュリンが張力依存的に AJ に集積するのはαカテニンの張力依存的なビンキュリン結合能によることが示された(1)-(3)。このことからαカテニンを中心とした AJ の張力依存的な発達が、細胞間における張力の適切な伝達に重要な寄与をしているという発想を得た。本研究では、上皮形態形成におけるαカテニンの張力依存性の意義の解明を目的とした。  【実験方法】共同研究者のαカテニンの構造解析が完了し、張力依存性に重要なアミノ酸が明らかとなった。その情報により張力依存性を失わせるべくアミノ酸置換をした変異型αカテニンを発現した細胞(R548E, R326E/R548E/R551E)が当研究室では得られていた。まずこれらの細胞を二次元培養し、細胞内でもαカテニンの張力依存性が失われているかを確認した。次に三次元培養において、変異型αカテニンを発現する細胞と野生型αカテニンを発現する細胞をライブイメージングし、スフェロイドの形成過程を比較した。また、円らしさを表す円形度を用いることでスフェロイドの形態形成における形状変化の過程を数値化した。さらに、スフェロイドの形が球形へと補正される時間帯にミオシン II による張力発生を阻害し、この補正にミオシン II の力が必要かどうかを調べた。  【実験結果と考察】二次元培養におけるミオシン II の張力発生を阻害する実験により、野生型αカテニンを発現する細胞ではビンキュリンが張力をなくした時に AJ から消失すること、548は張力をなくしても AJ におけるビンキュリンはいくらか残っており、一部張力依存性が失われていること、326/548/551 は張力依存性がなく常にビンキュリンが AJ に局在していることが明らかとなり、構造解析で予想された張力依存性の制御機構が細胞内で実際に働いていることを示すことができた。これらの細胞を用いてスフェロイド形成過程のライブイメージングを行うと、野生型のスフェロイドは一度歪な形になってもほぼ球状に補正され、一方で 326/548/551のスフェロイドは歪な形が補正されないことが分かった。すなわち、αカテニンの張力依存性は協調した球状の形態形成に必要であることが示された。さらに、野生型細胞のスフェロイドにおいて、球形への補正が起こる重要な時間帯にミオシン II を阻害してもスフェロイドは球形となった。興味深いことに、本来、球形にはならない 326/548/551 のスフェロイドは、ミオシンII を阻害すると球形のスフェロイドを形成した。培養開始直後からミオシン II を阻害すると細胞同士が接着しないため、AJ の形成にはミオシン II の力が必須だが、その後のスフェロイドが形を球形へと変える過程では、ミオシン II の力は必須ではないと考えられる。細胞同士が接着し、球形のスフェロイドを形成するという過程で、ミオシン II の力が必要な時、不要な時があり、このミオシン II の力に依存した AJ の発達、衰弱が適切な上皮形態形成には重要なのかもしれない。 【参考文献】 (1) Miyake, Y., et al., Exp. Cell Res., 312, 1637-1650 (2006) (2) Yonemura, S., et al., Nat. Cell Biol., 12, 533-542 (2010) (3) Watabe-Uchida, M., et al., J. Cell Biol., 142, 847-857 (1998)   

上皮形態形成におけるアルファカテニンの張力依存性の意義

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