細胞分裂動態に潜む
力による制御メカニズムの解明

通常、細胞には細胞膜があり、その細胞内の紡錘体を物理的に顕微操作することは難しい。そこで私達は、アフリカツメガエルの未受精卵から抽出した細胞質溶液中で自己組織化される紡錘体を直接顕微操作し、細胞の中で起こる紡錘体形成や染色体分配の現象を、スライドガラス上で再現して任意に解析できる実験系を用いている。すでに私達は、この in vitro 紡錘体形成系にMEMSカンチレバー（注）を応用することによって、紡錘体の力学特性の直接操作・計測・解析を実現した（詳細）[1]（図１）。その結果、紡錘体は粘弾性的な性質をもつことが明らかとなった。また、変形により紡錘体の内部構造を一時的に破壊（塑性変形）しても、安定な内部構造をもつ紡錘体が自発的に再構成されることも分かった。 最近、この再構成現象の解析により、顕微操作によって外部から紡錘体内の力バランスを変化させることで、細胞質環境と染色体数の変化を伴わずに、紡錘体の大きさを任意に規定できることも明らかとなってきている[2]。このように、力発生装置である紡錘体の構造の柔軟性や力学的性質の安定性が、正確な染色体分配を担保していると推察される。

分裂期にある細胞の内外で働く力は、細胞骨格を介して、細胞の形態変化や細胞分裂の軸方向の決定などの機能に関わっている。本研究室では、MEMSカンチレバーを用いて、培養細胞を顕微操作することで、細胞分裂の進行を制御することに成功している（詳細）[3]（図2 右）。この研究により、細胞を圧縮する方向や大きさを変えることで、細胞膜を介して紡錘体に働く張力を可逆的に増減できること、また、染色体分配の開始を早めたり遅めたりできることが分かった（図2 左）。この結果は、様々な細胞機能が外部から物理的に補完・制御可能であることを示唆する。