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● 将来の方向
● 結論
>> 2。ビンキュリン張力センサーはどのように機能しますか？
>> 3.ビンキュリン張力センサーを使用することの利点は何ですか？
>> 5.生物医学研究の分野では、ビンキュリン張力センサーを適用できますか？
● 引用：
細胞は、細胞の挙動と機能を調節する上で重要な役割を果たすさまざまな機械的力に継続的にさらされます。これらの機械的キューは、細胞の接着、移動、分化、増殖などのプロセスに影響を与える可能性があります。細胞がどのようにこれらの力を感知し、反応するかを理解することは、さまざまな生物学的プロセスを理解し、新しい治療戦略を開発するために不可欠です[2] [5]。ユビキタスな細胞骨格タンパク質であるビンキュリンは、焦点癒着（FAS）でインテグリンをアクチン細胞骨格に結び付けることにより、機械伝達において中心的な役割を果たします。焦点癒着は、細胞とエクスコルラーのマトリックス（ECM）相互作用を媒介し、機械的なアンカーとして機能する動的なタンパク質複合体であり、細胞が外力を感知して反応できるようにします[1] [2]。
ビンキュリン張力センサーは、 研究者が細胞内のビンキュリン分子が経験する機械的力を直接測定できるようにする強力なツールです。これらのセンサーは、近接しているときに2つの蛍光タンパク質（FPS）間でエネルギーが伝達される現象であるFörster共鳴エネルギー移動（FRET）に基づいています[1] [9]。ビンキュリンヘッドドメインとテールドメインの間に柔軟なリンカーを挿入し、FPSと隣接することにより、研究者は張力に応じてFRET効率を変えるセンサーを作成できます[1]。ビンキュリンが緊張している場合、FPSは引き離され、フレット効率が低下します。逆に、ビンキュリンが緊張が低い場合、FPSは互いに近づき、FRET効率が高くなります[1]。
この記事では、生物医学研究におけるビンキュリン張力センサーの設計、機能、および応用について説明します。これらのセンサーがどのように機能するか、その利点と制限、およびさまざまな生物学的文脈での機械伝導を理解する際の使用を掘り下げます。さらに、このテクノロジーの包括的な概要を提供するために、よくある質問（FAQ）に対処します。
ビンキュリン張力センサーは、焦点癒着の重要なタンパク質であるビンキュリンが経験する機械的張力を測定するように設計されています。これらのセンサーは通常、次のコンポーネント[1] [2]で構成されています。
-Vinculin Head and Tailドメイン：センサーには、ヴィンキュリンタンパク質のヘッドおよびテールドメインが含まれています。
-FRETモジュール：多くの場合、弾力性のあるポリペプチドである柔軟なリンカーが、ヘッドドメインとテールドメインの間に挿入されます。このリンカーには、2つの蛍光タンパク質（FPS）、ドナーとアクセプターが隣接しており、フェルスター共鳴エネルギー移動（FRET）[1] [9]を可能にします。
- 蛍光タンパク質（FPS）：使用される一般的なFPには、シアン蛍光タンパク質（CFP）および黄色の蛍光タンパク質（YFP）、またはCloverやMRUBY2などのより進行したペアが含まれ、光物理特性が改善されています[2]。
Vinculin張力センサーは、Förster共鳴エネルギー伝達（FRET）の原理に基づいて動作します。 FRETは、エネルギーがドナーフルオロフォアからアクセプターフルオロフォアに近接しているときに、アクセプターフルオロフォアに移動するプロセスです。 FRETの効率は、ドナーとアクセプター間の距離に大きく依存しています[1] [9]。
1。高張力：ビンキュリンが緊張している場合、センサーに適用される力により、ドナーとアクセプターFPSの間の距離が増加します。この距離の増加により、FRETの効率が低下し、FRET信号が低くなります[1]。
2。緊張が低い：逆に、ビンキュリンが低張力に陥っている場合、ドナーとアクセプターFPSは近接しています。この近接性により、FRETの効率が向上し、FRET信号が高くなります[1]。
パフォーマンスと感度を最適化するために、いくつかのタイプのビンキュリン張力センサーが開発されています。これらには以下が含まれます：
-VINTS（Vinculin Tension Sensor）：元の設計は、ビンキュリンの頭と尾のドメインで構成されており、それらの間に弾性FRETモジュールが挿入されています[1]。それは、高い張力下で低いフレット効率を示し、低張力下での高いフレット効率を示します[1]。
-Vintl（Vinculin Tailless）：このプローブにはテールドメインが欠落しているため、緊張に鈍感になり、FRET効率が高くなります[1]。緊張に依存しないFRETの変化のコントロールとして機能します[1]。
-OPT-VINTS（最適化されたビンキュリン張力センサー）：この最適化されたセンサーには、9回の繰り返し拡張ドメイン（（GGSGG）9）が組み込まれて、機械的感度を高め、ビンキュリン全体の張力変動のより正確な検出を可能にします[2]。
Vinculin張力センサーからのFRET信号を正確に解釈するには、キャリブレーションと定量化が不可欠です[2]。
- in vitroキャリブレーション：初期キャリブレーションは、FRET効率と適用力の関係を確立するために * in vitro *で実行されました。ただし、 *セルロ *では、イオン強度、pH、および混雑効果の変動により、 * in vitro *の設定とは大きく異なることがよくあります[2]。
- セルロのキャリブレーション： * in vitro *キャリブレーションの制限に対処するために、研究者はセルロ *キャリブレーション方法で *開発しました。これらの方法には、細胞内で直接拡張可能なドメインで使用される非構造化ポリペプチドの機械的特性を測定することが含まれます[2]。
- モデルベースのキャリブレーション：第一原理モデルは、拡張可能なドメインとして使用される非構造化ポリペプチドの機械的特性の測定 *で * in cellulo *の測定を使用してTSMODの機械的感度を予測できます。このモデルは、 * in vitro *のキャリブレーションの必要性を回避し、環境要因を説明するのに役立ちます[2]。
- FRET効率分析：FRET効率は、ドナー排出に対する受容体排出の比を測定することにより定量化されます。この比率の変化は、ビンキュリン全体の張力の変化を示しています[1] [9]。
FRET効率= I Acceptor Iドナー
- 正規化：FRET効率データは、発現レベルとバックグラウンド蛍光の変動を説明するように正規化されます[2]。
- 分子力の直接測定：ビンキュリン張力センサーは、焦点癒着でビンキリンが経験する機械的力を測定するための直接的な方法を提供します[1] [2]。
- 高感度：OPT-VINTのような最適化されたセンサーは、感度が向上し、細胞内の張力分布の微妙な変化を検出できるようにします[2]。
- リアルタイム監視：FRETベースのセンサーは、ライブセルのビンキュリン張力のリアルタイムモニタリングに使用でき、機械伝導プロセスに関する動的な情報を提供します[1]。
- 空間分解能：これらのセンサーは空間分解能を提供し、個々の焦点癒着内および細胞全体の張力分布のマッピングを可能にします[2]。
- 汎用性：ビンキュリン張力センサーは、さまざまな細胞タイプと実験条件で使用して、さまざまな生物学的文脈で機械伝導を研究することができます[1] [9]。
- キャリブレーションの課題：細胞環境とセンサー特性の変動により、FRET信号の正確なキャリブレーションは困難な場合があります[2]。
- 環境感受性：FRET効率は、pH、温度、イオン強度などの要因に影響される可能性があり、実験条件の慎重な制御が必要です[2]。
- 光退色：励起光への長時間の曝露は、蛍光タンパク質の光退色を引き起こし、時間の経過とともに信号強度を低下させる可能性があります[2]。
- センサー摂動：張力センサーの過剰発現は、内因性ビンキュリン機能と細胞力学を摂動する可能性があります[2]。
- データ解釈：FRETデータの解釈には、正確な結論を確保するために、潜在的なアーティファクトとコントロールを慎重に検討する必要があります[2]。
Vinculin Tensionセンサーは、生物医学研究で多数のアプリケーションを発見し、さまざまな生理学的および病理学的プロセスにおける機械伝導に関する貴重な洞察を提供しています。
細胞の接着と移動は、発達、創傷治癒、および癌転移における基本的なプロセスです。ビンキュリンは、焦点癒着での細胞ECM相互作用を媒介することにより、これらのプロセスで重要な役割を果たします[1] [2]。
- 研究：ビンキュリン張力センサーは、機械的な力が異なる基質の細胞の接着と移動をどのように調節するかを調査するために使用されてきました[1]。研究者は、細胞がより硬い基質により高い張力を発揮し、より強い接着とより速い移動を促進することを示しています[2]。
- 調査結果：これらのセンサーは、ビンキュリン全体の張力が焦点癒着のアセンブリと拡大に関連していることも明らかにしましたが、焦点癒着の分解またはスライドの際に低い張力が観察されます[3]。
機械的な力は、がんの発生と進行に重要な役割を果たします。腫瘍細胞は、周囲の細胞外マトリックスおよび間質細胞と相互作用し、腫瘍の成長、浸潤、および転移に影響を与える機械的な力を生成します[1]。
- 研究：ビンキュリン張力センサーは、骨微小環境の腫瘍細胞と骨細胞（骨細胞）との相互作用を研究するために使用されています[1]。彼らは、腫瘍細胞が骨細胞の近くに位置すると、引張力の減少と低い細胞運動性を示すことを発見しました[1]。
- 調査結果：これらのセンサーは、分子力と細胞の運動性との間の結合を評価し、腫瘍細胞が微小環境の機械的手がかりにどのように反応するかについての洞察を提供します[1]。
ニューロンは機械的な手がかりに非常に敏感であり、ニューロンの発達、軸索ガイダンス、およびシナプス形成に重要な役割を果たします。ビンキュリンは、ニューロンの機械伝導に不可欠です[9]。
- 研究：ビンキュリン張力センサーは、皮質ニューロンの一次培養で使用されており、ニューロン成長コーンにおけるビンキュリンの機能を調べています[9]。
- 調査結果：これらの研究は、ヴィントを使用してニューロンの機械伝導導入を研究する可能性を実証し、機械的力がニューロンの発達と機能をどのように調節するかを理解するための基盤を提供します[9]。
創傷治癒は、細胞の移動、ECMリモデリング、および組織の再生を含む複雑なプロセスです。機械的な力は、これらのイベントを調節する上で重要な役割を果たします[2]。
- 研究：ビンキュリン張力センサーを使用して、機械的力が創傷治癒中の線維芽細胞の移動とECM沈着にどのように影響するかを調査できます[2]。
- 発見：線維芽細胞におけるビンキュリン全体の緊張を測定することにより、研究者は、細胞が創傷微小環境からの機械的手がかりにどのように反応するかについての洞察を得ることができ、組織修復に寄与する[2]。
機械的な力は、血管の構造と機能を調節する上で重要です。血管の内面に並ぶ内皮細胞は、液体せん断応力と機械的伸びに常にさらされています[2]。
- 研究：ビンキュリン張力センサーを使用して、内皮細胞がこれらの機械的な力にどのように反応するかを研究し、血管リモデリングと疾患に影響を与えます[2]。
- 調査結果：これらのセンサーは、異なる機械的条件下での内皮細胞の接着、移動、およびバリア機能の媒介におけるビンキュリンの役割に関する洞察を提供できます[2]。
ビンキュリン張力センサーは、機械伝達の理解を大幅に進めてきましたが、さらなる開発と応用の機会はまだあります。
- センサー設計の改善：将来のセンサーは、分子力のより正確で信頼できる測定を提供するために、感度、ダイナミックレンジ、安定性を高めて設計できます[2]。
- マルチセンサーアプローチ：ビンキュリン張力センサーと他の接着タンパク質やECM剛性の測定力などの他のバイオセンサーを組み合わせることで、機械伝達プロセスのより包括的な画像を提供できます[2]。
- in vivoアプリケーション：vinculin張力センサーを使用するための戦略の開発 * in vivo *では、より生理学的に関連するコンテキストでの機械伝導の研究が可能になります[2]。
- ハイスループットスクリーニング：ハイスループットスクリーニングのためのビンキュリン張力センサーテクノロジーの適応により、機械伝導経路を調節する新規薬物の発見を促進する可能性があります[2]。
ビンキュリン張力センサーは、細胞内でビンキュリンが経験する機械的な力を直接測定するための貴重なツールです。これらのセンサーは、細胞の接着、移動、癌生物学、神経移動導入、創傷治癒、心血管生物学を含むさまざまな生物学的プロセスにおける機械伝達に関する重要な洞察を提供しています[1] [2] [9]。いくつかの制限にもかかわらず、センサー設計の継続的な進歩、キャリブレーション方法、およびアプリケーションは、生物医学研究におけるビンキュリン張力センサーの有用性を拡大し続けています。分子力の直接的な読み取りを提供することにより、これらのセンサーは、細胞が機械的手がかりにどのように感知して反応するかをより深く理解し、機械伝達経路をターゲットとする新しい治療戦略への道を開くことに貢献します。
ビンキュリン張力センサーは、焦点癒着の重要なタンパク質であるビンキュリンが経験する機械的力を測定するために使用される分子ツールです。 Förster共鳴エネルギー移動（FRET）を利用して、ビンキュリン分子全体の張力の変化を検出します[1] [9]。
センサーは、ビンキュリンヘッドとテールドメインで構成され、柔軟なリンカーと2つの蛍光タンパク質（FPS）が挿入されています。ビンキュリンが緊張している場合、FPSは引き離され、フレット効率が低下します。逆に、緊張が低い場合、FPSはより近く、フレット効率が向上します[1]。
利点には、分子力の直接測定、高感度（特にOPT-VINTなどの最適化されたバージョン）、生細胞のリアルタイムモニタリング、さまざまな細胞タイプおよび実験条件での汎用性が含まれます[1] [2]。
制限には、キャリブレーションの課題、環境感受性、蛍光タンパク質の光退色、内因性ビンキュリン機能の潜在的な摂動、および慎重なデータ解釈の必要性が含まれます[2]。
ビンキュリン張力センサーは、細胞の接着と移動、癌生物学、ニューロンの機械伝達、創傷治癒、心血管生物学などの分野で適用でき、機械的力がこれらのプロセスにどのように影響するかについての洞察を提供します[1] [2] [9]。
[1] https://www.nature.com/articles/S41598-019-42132-x
[2] https://elifesciences.org/articles/33927
[3] https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/pmc2901888/
[4] https://elifesciences.org/articles/33927/figures
[5] https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30024378/
[6] https://www.researchgate.net/figure/nculin-bret-tension-sensor-in-focal-adhesions-a-schematic-of-bioluminescent-resonance_fig1_353745106
[7] https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/pmc3711198/
[8] https://www.mdpi.com/1422-0067/25/11/6198
[9] https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/pmc9150715/
