Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

血管内皮細胞 / せん断応力 / ミトコンドリア / ATP / メカノバイオロジー

本年度は研究計画に沿い、以下の項目について新たな結果を得た。

1) ミトコンドリアにおけるATP濃度変化のリアルタイム計測：ミトコンドリアを標識するATP感受性の蛍光共鳴エネルギー移動（FRET）プローブを用いてミトコンドリアATPの濃度変化のリアルタイム計測を行った。アデノウイルスベクターを用いて培養ヒト肺動脈内皮細胞（HPAECs）に遺伝子を導入し、HPAECsのミトコンドリアにATPプローブが発現することを、ミトコンドリアの特異的マーカーであるMitoTrackerと共局在することにより確認した。
2) 力学的刺激に伴うミトコンドリアATP産生機構の解析：ATPプローブを発現したHPAECsに流れ負荷装置で剪断応力を、伸展刺激装置や低浸透圧で伸展張力を加えた時のミトコンドリアATP濃度の変化を解析した。ATP濃度は剪断応力刺激で増大する一方、伸展張力刺激で減少した。電子伝達系の阻害剤(oligomycin, rotenone, CCCP)と解糖系の阻害剤(2-deoxyglucose, indoacetic acid, NaF)の効果を比較・検討したところ、剪断応力によるATP増大には、電子伝達系の働きが主である事が確認された。また、細胞内のプロトンの動態をpH指示薬SNARFで観察したところ、剪断応力により、細胞質内が酸性化することを見出した。更に、ミトコンドリア酸素活性を閉鎖系で測定可能な分析装置(Oxygraph-2k)で定量したところ、細胞膜コレステロールの多寡により酸素消費量が変化し、剪断応力依存的なミトコンドリアATP産生及び、細胞質内pH変化に重要な役割を果たすことが明らかになった。

以上の結果から、剪断応力により酸素消費量が増大すると同時に電子伝達系が活性化し、ミトコンドリア膜にプロトンの濃度勾配が発生することで、ATPが産生する分子機構の存在が示唆される。

バイオメカニクス / shear stress / 血管内皮細胞 / 細胞膜 / カベオラ / ATP / 流れ剪断応力 / イオンチャネル / カルシウム・シグナリング / プリノセプター

血管の内面を覆う内皮細胞は血液の流れに起因する力学的刺激であるshearstressを感知して応答し、血管の働きを調節している。本研究では、我々が独自に開発したイメージング法により、shearstressに対する内皮細胞応答である内因性ArPの放出が細胞膜カベオラから起こり、P2×4受容体を介してカルシウム・シグナリングを引き起こすことを明らかにした。更に、細胞膜カベオラはshearstressによりそのlipidorderを変化させ、膜の流動性を高めることにより、内皮細胞機能を調節することを解明した。

血管内皮細胞 / Shear stress / 血行力学因子 / メカノセンサー / カルシウム・シグナリング / 細胞膜 / アデノシン３リン酸 / 細胞分化 / shear stress / 形質膜 / 巨大単一膜ベシクル / メカノトランスダクション / lipid order / 膜流動性 / メカニカルストレス / メカノセンシング / ATP / カルシウムチャネル / イオンチャネル / ES細胞

血管内皮細胞が血流に起因するshear stressを感知し、情報伝達する分子機構を解析した。内皮細胞にshear stressが作用すると即座に細胞膜カベオラの脂質の相状態が秩序液体相から無秩序液体相に変化し、膜流動性が上昇することを見出した。独自に開発した新規イメージング法によりshear stressによる膜の物理的性質の変化はATPの放出に繋がり、それがP2X4チャネルを活性化し、Ca2+の細胞内への流入と、それに続く細胞全体に伝搬するCa2+波を惹起することが示された。細胞膜自体がshear stressのセンサーとして働き、Ca2+を介した情報伝達が行われることが明らかになった。

【研究分担者】
安藤譲二	獨協医科大学	医学部	特任教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
安藤譲二	獨協大学	医学部	特任教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
山本希美子	東京大学	大学院医学系研究科	講師	(Kakenデータベース)