【研究領域課題番号】18H01187 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

細胞モデル / 高分子混雑 / 異常拡散 / 蛍光相関分光法 / 粘弾性 / 人工細胞 / 閉じ込め / 生物物理

【研究成果の概要】

細胞中では、ブラウン運動とは異なる異常拡散が生じる。本研究では、高濃度高分子溶液を脂質膜で閉じ込めた細胞サイズの液滴により細胞の構造を再現し、蛍光相関分光法を用いた拡散挙動の解析から、構造的な特徴が分子拡散へ及ぼす影響の解明を目指した。その結果、異常拡散性は、高分子がつくる混雑環境にのみ依存して液滴半径には依存しなかった。一方、拡散係数は液滴半径が約20um以下で低下すること、その低下度は液滴を覆う膜物性に依存する現象を見出した。この要因として、分子クラスター形成による分子サイズの上昇、あるいは高分子鎖の実効的な緩和時間の変化が考えられ、今後その検証を行う予定である。

【研究の社会的意義】

本成果より、分子スケールよりも大きな細胞サイズ空間が、高濃度高分子溶液における分子挙動を変化させ得ることが明らかとなった。これは、生細胞内の分子挙動を理解する際、バルク量の分子挙動を基準とすることには問題があり、細胞サイズ空間の寄与を取り入れた理解が必要不可欠であることを示唆している。さらに、細胞サイズのミクロ高分子液滴は、医薬品や化粧品、食品の材料としても汎用されていることから、その物性の理解や制御においても有用な知見と言える。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)

【研究分野】ケミカルバイオロジー

【研究領域課題番号】17H00888 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

膜タンパク質 / リポソーム / 進化分子工学 / 人工細胞 / 無細胞タンパク質合成系 / デノボデザイン / 人工膜タンパク質 / バイオテクノロジー / リポソームディスプレイ法 / 無細胞翻訳系 / 合理的設計 / 生物物理

【研究成果の概要】

自然界が進化によって探索した配列空間はほんの一部である。合理的デザインにより、現在までに可溶性タンパク質については、未開拓配列空間に多くの構造・機能を持つ人工タンパク質が存在することが明らかになってきた。本研究では、膜タンパク質でも機能・構造を持つ人工膜タンパク質を持つ分子が存在すること示した。具体的には、2 nmのポアを持つ人工膜タンパク質を設計し、その機能を人工細胞リアクターを用いて明らかにした。

【研究の社会的意義】

人工細胞を構築する研究は、非生命から生命をどのように創り出せるかを明らかにする方法の一つである。現在までに、細胞の機能を模倣した様々な人工細胞が構築されてきた。本研究課題では、人工細胞が人工膜タンパク質の機能解析に用いること、更には、膜タンパク質進化分子工学に使えることを示すものである。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31

【配分額】43,160千円 (直接経費: 33,200千円、間接経費: 9,960千円)

【研究分野】生物物理学

【研究領域課題番号】22227005 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生体分子モーター / １分子生物学 / 化学力学フィードバック / 筋収縮自励振動 / SPOC / 細胞分裂 / 人工細胞 / 細胞熱力学 / 筋収縮系自励振動(SPOC) / 細胞分裂機構 / 生物運動制御 / 人工細胞系 / 筋収縮系自励振動 / 筋収縮系自励振動（SPOC） / 1分子計測・操作 / 運動・輸送 / バイオイメージング / 細胞骨格・運動 / 細胞構造・機能 / 生物運動系階層構造・機能 / 生物物理

【研究成果の概要】

本研究の第一の目標は、輸送・振動・分裂などの生物要素運動に必要な分子モーターや細胞骨格動態などが生み出す力が、要素運動の制御にフィードバックするという化学力学フィードバックループ（CMFループ）の存在を明らかにすることであった。その点、筋収縮自励振動（SPOC）現象における「ミオシンクロスブリッジ（CB）による力発生、筋フィラメントの滑り運動、フィラメント格子間隔の変化、CB形成確率の変化」というループの存在が強く示唆されたこと、外力パルス依存的に染色体分配のタイミングが調節されること、細胞質分裂に必要な収縮環の形成を人工細胞系で実現するなど、CMF ループの具体例を示すことができた。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2010-04-01 - 2016-03-31

【配分額】217,750千円 (直接経費: 167,500千円、間接経費: 50,250千円)