ミクロチューブ細胞骨格の生細胞イメージングと シロイヌナズナの 微小機械的操作

植物細胞は、機械的にその機械的特性を動的に変化させることができる繊維強化複合材料に似た多糖類及び糖タンパク質の細胞外マトリックスに囲まれている^1。植物細胞の成長は、細胞への水の取り込みによって駆動され、細胞壁に引張力が蓄積する。このような力に応じて、細胞壁の物理的状態に対する変更は細胞の拡張を可能にする。一次壁を有する細胞は、主に多糖類の化学組成の違いにより細胞を含む二次細胞壁と比較して急速な成長を遂げることができる。一次壁細胞は、糖タンパク質に加えてセルロース、ヘミセルロース、ペクチン、およびグリグニンを欠いて、二次細胞壁²に存在する成分から構成される。セルロースは、β-1,4結合を介して結合したグルコースポリマーであり、細胞壁の主要成分である。細胞増殖時に経験した高い引張力に耐えることができるフィブリラー構造に編成される^3.引張力に耐えるだけでなく、優先方向に沿った機械的補強は、セルロースマイクロフィブリルの正味方向に垂直な軸に沿ってターゴール駆動の膨張をもたらす。セルロースミクロフィブリルの組織は、皮質微小管細胞骨格の影響を受け、原形質膜⁴に位置するセルロース合成複合体の方向運動を導くようにする。したがって、蛍光分子と融合した微小管関連タンパク質または管状管を用いた皮質微小管組織をモニタリングすることは、植物細胞におけるセルロースの上層パターンの観察の代理となる役割を果たす。

皮質微小管細胞骨格のパターニングは、細胞および組織形態の制御下にある機械的な力を導く。皮質微小管組織は、SAMの頂点に位置する細胞に経時の優向組織を有していないが、一方、周囲およびSAMと新興器官の境界内の細胞は、皮質微小管⁵の安定した高度に組織化された超細胞アレイを有する。細胞の機械的状態を物理的に摂動させるいくつかのアプローチが開発されている。浸透圧状態の変化は、細胞壁の剛性に影響を与える薬理学的および酵素的化合物による治療と同様に^、細胞6,7が経験する引張力の後続の変化をもたらす可能性がある。組織が経験する圧縮力の漸進的増加を可能にする仕掛けの使用は、別の代替⁸である。遠心力の適用は、細胞⁹との物理的接触なしに機械的な力に影響を与えることも示されている。しかし、細胞群の指向性力を変化させる最も広く使用されている手段は、すべての表皮細胞が緊張下にあり、細胞の物理的なアブレーションが細胞のターゴール圧力を局所的に排除し、細胞間接着を破壊し、それによって隣接細胞が経験する引張力を改変するという事実を利用する。これは、高出力のパルス紫外線レーザーをターゲットにするか、細かい針を使用して行われます。

ここでは、SAMにおける機械的摂動に対する皮質微小管挙動のイメージングおよび評価のプロセスについて詳しく説明する。