有糸分裂細胞の丸み
動物細胞の形状変化
細胞の形状は有糸分裂期に応じて変化します。ガラス表面で培養されたHeLa細胞の例を示します。DNAと有糸分裂期の割り当てを可視化するために、細胞はヒストンH2B - GFPを発現し、染色体を蛍光標識します。細胞がG2期から有糸分裂を経て終期/ G1期に移行するにつれて、透過光（ DIC）、蛍光（GFP）、および合成画像が4分ごとに表示されます。

有糸分裂期における細胞の丸みは、有糸分裂を行うほとんどの動物細胞に見られる形状変化です。細胞は間期に特徴的な広がった形状や細長い形状を離れ、有糸分裂中に球状の形態へと収縮します。この現象は、in vitroでの人工培養とin vivoでの自然形成組織の両方で観察されます。

初期の観察

1935年に発表された生体組織における有糸分裂の円形化に関する最初の報告の一つは、哺乳類の神経管の偽重層上皮における細胞の円形化についてでした。[1]ザウアーは、有糸分裂中の細胞が分裂して細長い形態に戻る前に、円柱上皮の頂端または内腔表面まで丸くなることに気づきました。

意義

長い間、細胞が有糸分裂でなぜ丸くなるのかは解明されていませんでした。しかし、様々な生物の上皮と表皮を対象とした最近の研究では、有糸分裂における細胞の丸みにはいくつかの重要な機能が備わっている可能性があることが示されています。[2]

  • まず、有糸分裂細胞の丸みと頂端細胞間接合の維持の組み合わせは、正しい有糸分裂紡錘体の配列に必要であると考えられ、娘細胞が組織面と平行に分裂し、頂端面を共有することで組織の恒常性を維持する。[3] [4] [5]これを達成できない場合、娘細胞の1つが組織層の基底領域に誤って局在し、アポトーシス細胞死によって除去される可能性がある。[5]
  • 第二に、有糸分裂による円形化は、組織発生における形態学的変化の駆動力となることが示唆されている。例としては、ショウジョウバエ（Drosophila melanogaster）の気管プラコードにおける上皮陥入[6]や、ゼブラフィッシュの内耳腔の異方性形状と成長[7]が挙げられる。
  • 第三に、有糸分裂の丸みは、適切な有糸分裂紡錘体の機能のために十分なスペースと適切な形状を生成するために重要であることが示されており、これは、有糸分裂を適時に正確に進行するために必要である。[2] [8] [9]

したがって、有糸分裂細胞の丸みは組織の組織化と恒常性維持に関与しています。

メカニズム

有糸分裂で細胞が丸くなる物理的メカニズムを理解するために、研究者らは試験管内で培養細胞を用いた機械的測定を行ってきました。細胞の丸みを促進する力は最近、トニー・ハイマン教授とダニエル・ミュラー教授らのグループの研究者らによって特徴付けられました。彼らは平面原子間力顕微鏡 カンチレバーを使用して有糸分裂細胞を拘束し、応答力を測定しました。[10] [11]力の 90% 以上はアクチン皮質のミオシン II 分子モーターの集合的な活動によって生成されます。[10 ] [11]その結果、有糸分裂細胞で一貫して観察されているように、アクチン皮質の表面張力と有効剛性が増大します。 [12] [13] [14]これは今度は、流体界面の表面張力とその界面にわたって維持される差圧を関連付けるラプラスの法則により、細胞内の静水圧の上昇をもたらします。 [15]静水圧の上昇は、柔軟なカンチレバー[10] [11]、ソフトゲル[8]、マイクロピラー[16]（in vitroの例）、または周囲の細胞外マトリックスや隣接細胞[7]（in vivoの例）などの外部物体や障害物を押し上げて丸めるのに必要な外向きの力を生み出すため重要です。in vitroのHeLa細胞では、半分変形した有糸分裂細胞によって生成される力は50～100ナノニュートン程度です。[10] [11]内部の静水圧は、間期には100パスカル未満ですが、有糸分裂時にはその3～10倍に増加することが測定されています。[10] [11] [15]

同様のin vitro実験では、有糸分裂を阻害するために必要な閾値力は100 nNを超えることが分かりました。[9]閾値力に達すると、細胞は表層Fアクチンの均一性を失い、外力に対する感受性がさらに高まります。これらの効果は細胞の大きさの歪みを増強し、紡錘体の欠陥を介して有糸分裂の進行を阻害します。[8] [9]

安定した接着斑の解放は、有糸分裂における円形化のもう一つの重要な側面である。恒常的に活性化した接着調節因子を発現するように遺伝的に撹乱された細胞は、接着斑を適切に再構築することができず、均一なアクチンミオシン皮質の形成を促進することができない。[8] [17]全体として、有糸分裂細胞における形態学的および機械的変化を制御する生化学的イベントは、有糸分裂マスター調節因子Cdk1によって調整されている。[11] [18] [19]

アクトミオシン関連遺伝子以外にも、最近、有糸分裂細胞の円形化に関与する疾患遺伝子がいくつか報告されている。これには、パーキンソン病関連遺伝子DJ-1 /Park7やFAM134A/RETREG2などが含まれる。[20]


参考文献

  1. ^ Sauer, FC (1935年10月). 「神経管における有糸分裂」. Journal of Comparative Neurology . 62 (2): 377– 405. doi :10.1002/cne.900620207. S2CID  84960254.
  2. ^ ab Cadart, Clotilde; Zlotek-Zlotkiewicz, Ewa; Le Berre, Mael; Piel, Matthieu; Matthews, Helen K (2014年4月28日). 「有糸分裂中の細胞の形状とサイズの機能の探究」Developmental Cell . 29 (2): 159– 169. doi : 10.1016/j.devcel.2014.04.009 . PMID  24780736.
  3. ^ Meyer, Emily J; Ikmi, Aissam; Gibson, Matthew C (2011年3月22日). 「偽重層上皮細胞における細胞分裂における、細胞分裂間核移動は広く保存された特徴である」. Current Biology . 21 (6): 485– 491. Bibcode :2011CBio...21..485M. doi : 10.1016/j.cub.2011.02.002 . PMID  21376598.
  4. ^ Luxenburg, Chen; Pasolli, H Amalia; Williams, Scott E; Fuchs, E (2011年2月20日). 「表皮紡錘体の配向におけるSrf、皮質細胞骨格、および細胞形状の発達的役割」Nature Cell Biology . 13 (3): 203– 214. doi :10.1038/ncb2163. PMC 3278337. PMID 21336301  . 
  5. ^ ab 中島雄一郎; エミリー・J・マイヤー; アマンダ・クローゼン; ショーン・A・マッキニー; マシュー・C・ギブソン (2013年7月21日). 「上皮接合部は平面紡錘体の配向を制御することで組織構造を維持する」Nature . 500 (7462): 359– 362. Bibcode :2013Natur.500..359N. doi :10.1038/nature12335. PMID  23873041. S2CID  4418619.
  6. ^ 近藤健文、林茂雄 (2013年1月13日). 「有糸分裂細胞の丸みは上皮陥入を促進する」. Nature . 494 (7435): 125– 129. Bibcode :2013Natur.494..125K. doi :10.1038/nature11792. PMID  23334416. S2CID  205232184.
  7. ^ ab Hoijman, Esteban; Rubbini, Davide; Colombelli, Julien; Alsina, Berta (2015年6月16日). 「有糸分裂細胞の丸みと上皮の薄化が内腔の成長と形状を制御する」Nature Communications . 6 : 7355. Bibcode :2015NatCo...6.7355H. doi : 10.1038/ncomms8355 . hdl : 10230/25942 . PMID  26077034.
  8. ^ abcd Lancaster, Oscar M; La Berre, Mael; Dimitracopoulos, Andrea; Bonazzi, Daria; Zlotek-Zlotkiewicz, Ewa; Picone, Remigio; Duke, Thomas; Piel, Matthieu; Baum, Buzz (2013年5月13日). 「有糸分裂時の丸みは細胞の形状を変化させ、効率的な双極紡錘体形成を保証する」(PDF) . Developmental Cell . 25 (3): 270– 283. doi : 10.1016/j.devcel.2013.03.014 . PMID  23623611.
  9. ^ abc Cattin, Cedric J; Düggelin, Marcel; Martinez-Martin, David; Gerber, Christoph; Mueller, Daniel J; Stewart, Martin P (2015). 「単一動物細胞における有糸分裂進行の機械的制御」. Proceedings of the National Academy of Sciences . 112 (36): 11258– 11263. Bibcode :2015PNAS..11211258C. doi : 10.1073/pnas.1502029112 . PMC 4568679. PMID  26305930 . 
  10. ^ abcde Stewart, Martin P; Helenius, Jonne; Toyoda, Yusuke; Ramanathan, Subramanian P; Muller, Daniel J; Hyman, Anthony A (2011年1月2日). 「静水圧とアクチンミオシン皮質が有糸分裂細胞の丸みを促進する」Nature 469 (7329): 226– 230. Bibcode :2011Natur.469..226S. doi :10.1038/nature09642. PMID  21196934. S2CID  4425308.
  11. ^ abcdef Ramanathan, Subramanian P; Helenius, Jonne; Stewart, Martin P; Cattin, Cedric J; Hyman, Anthony A; Muller, Daniel J (2015年1月26日). 「Cdk1依存性の有糸分裂における皮質ミオシンIIの濃縮は、細胞の閉じ込めに対する細胞の丸みを促進する」Nature Cell Biology . 17 (2): 148– 159. doi :10.1038/ncb3098. PMID  25621953. S2CID  5208968.
  12. ^ Maddox, Amy S; Burridge, Keith (2003年1月20日). 「RhoAは有糸分裂細胞の丸み形成における皮質の収縮と剛性に必要である」. Journal of Cell Biology . 160 (2): 255– 265. doi :10.1083/jcb.200207130. PMC 2172639. PMID 12538643  . 
  13. ^ Kunda, Patricia; Pelling, Andrew E; Liu, Tao; Baum, Buzz (2008年1月22日). 「モエシンは有糸分裂中の皮質の硬直性、細胞の丸み、そして紡錘体の形態形成を制御する」Current Biology . 18 (2): 91– 101. Bibcode :2008CBio...18...91K. doi : 10.1016/j.cub.2007.12.051 . PMID  18207738.
  14. ^ Matthews, Helen K; Delabre, Ulysse; Rohn, Jennifer L; Guck, Jochen; Kunda, Patricia; Baum, Buzz (2012年8月14日). 「Ect2の局在変化がアクトミオシン依存性の細胞形態変化と有糸分裂の進行を結びつける」. Developmental Cell . 23 (2): 371– 383. doi :10.1016/j.devcel.2012.06.003. PMC 3763371. PMID 22898780  . 
  15. ^ ab Fischer-Friedrich, Elisabeth; Hyman, Anthony A; Jülicher, Frank; Müller, Daniel J; Helenius, Jonne (2014年8月29日). 「有糸分裂細胞一つによって生じる表面張力と内部圧力の定量化」. Scientific Reports . 4 : 6213. Bibcode :2014NatSR...4.6213F. doi :10.1038/srep06213. PMC 4148660. PMID  25169063 . 
  16. ^ Sorce, B (2015). 「有糸分裂細胞はアクチンミオシン皮質を収縮させ、上皮細胞への接近または脱出を促す圧力を発生させる」 Nature Communications . 6 : 8872. Bibcode :2015NatCo...6.8872S. doi : 10.1038/ncomms9872 . hdl : 1721.1/100828 . PMC 4696517. PMID 26602832. S2CID  3175608. 
  17. ^ Dao, Vi Thuy; Dupuy, Aurélien Guy; Gavet, Olivier; Caron, Emmanuelle; de Gunzburg, Jean (2009年8月15日). 「Rap1活性の動的変化は有糸分裂中の細胞の退縮と伸展に必要である」. Journal of Cell Science . 122 (16): 2996– 3004. doi : 10.1242/jcs.041301 . PMID  19638416.
  18. ^ Clark, Andrew G; Paluch, Ewa (2011年4月21日). 「細胞周期における細胞形態のメカニズムと制御」.細胞周期と発達. 細胞分化における成果と課題. 第53巻. pp.  31– 77. doi :10.1007/978-3-642-19065-0_3. ISBN 978-3-642-19064-3. PMID  21630140。
  19. ^ Chen, Nan-Peng; Aretz, Jonas; Faessler, Reinhard (2022年5月24日). 「CDK1-cyclin-B1誘導によるkindlin分解は、有糸分裂開始時に接着斑の分解を促進する」Nat Cell Biol . 24 (5): 723– 736. doi :10.1038/s41556-022-00886-z. PMC 9106588. PMID  35469017 . 
  20. ^ 豊田 雄介*; セドリック・J. カッティン*; マーティン・P. スチュワート*; イナ・ポーザー; ミルコ・タイス; テイムラス・V. クルツチャリア; フランク・ブッフホルツ; アンソニー・A. ハイマン; ダニエル・J. ミュラー (2017年11月2日). 「ゲノムスケールの単細胞機械的表現型解析により、有糸分裂期の丸み形成に関わる疾患関連遺伝子が明らかになる」. Nature Communications . 8 (1): 1266. Bibcode :2017NatCo...8.1266T. doi :10.1038/s41467-017-01147-6. PMC 5668354. PMID  29097687 . 
  • 「Qucosa：有糸分裂細胞の丸みのメカニズム」qucosa.de。2015年9月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年7月4日閲覧。
  • 「ETH ETH E-Collection：有糸分裂における円形化のメカニズム：アクチンミオシン皮質の役割 — ETH」。e-collection.library.ethz.ch 。 2015年7月4日閲覧。
  • 「2分間トーク：有糸分裂細胞の丸み — YouTube」youtube.com、2014年7月28日。 2015年7月4日閲覧。
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