私たちの体の生体组织は细胞と细胞外基质から构成され、细胞间の隙间はコラーゲン线维などの细胞外基质で埋め尽くされた狭い空间です。この生体组织内を移动するガン细胞から白血球の运动に至るまで、単一细胞の自律运动では细胞内から细胞外への力伝达が不可欠です。そこでは、细胞内に网目状に张り巡らされたアクチン细胞骨格の収缩力が外部の基板に伝达され、细胞を前进させます。しかし、効率的な力伝达を可能にする仕组みは细胞の复雑さのため研究が困难でした。
宮﨑牧人 白眉センター特定准教授は、前多裕介 九州大学准教授、坂本遼太 同博士課程学生（現：イェール大学ポストドクトラルフェロー）、Ziane Izri 同学術研究員（現：ミネソタ大学ポストドクトラルフェロー）、島本勇太 国立遺伝学研究所准教授らと共に、生体内を移動するガン細胞を模した、自律的に運動する「人工細胞」を開発し、力伝達の仕組みを初めて明らかにしました。本研究チームは、脂質膜に囲まれた液滴のカプセルにアクチンを閉じ込めて単純化した人工細胞を作成しました。この人工細胞を2枚のガラス板に挟むと、アクチンの流れが人工細胞の表面とガラス基板の間に摩擦力を生み、自律的に運動できることを世界で初めて発見しました。さらに、狭い空間に拘束された運動を記述する新しい理論モデルを構築し、界面摩擦力と流体抵抗のバランスで運動速度が決まることを解明しました。本研究により、効率的な力の伝達に不可欠な物理的要因を明らかにしたことは、生体組織内を運動する細胞運動の力伝達メカニズムの理解に貢献する成果です。今後、ガン細胞の転移を抑えこむ方法論の開発の一助となり、狭い空間を移動するマイクロ?ロボットの設計などへの波及効果が期待されます。
本研究成果は、2022年7月20日に、科学雑誌「Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America」で公開されました。
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Ryota Sakamoto, Ziane Izri, Yuta Shimamoto, Makito Miyazaki, Yusuke T. Maeda (2022). Geometric trade-off between contractile force and viscous drag determines the actomyosin-based motility of a cell-sized droplet. Proceedings of the National Academy of Sciences, 119(30):e2121147119.
