【研究分野】生物物理・化学物理・ソフトマターの物理

【研究領域課題番号】17K05607 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生物物理 / ソフトマター / 生体膜 / シミュレーション

【研究成果の概要】

本研究では粗視化シミュレーションを用いて、曲率誘導タンパク質などによる生体膜の構造変化を研究した。（１）キラリティがチューブ形成に重要であること、（２）膜変形とのカップリングによって膜上の反応拡散波の安定性やチューリングパターンが変化すること、（３）アクチン繊維成長との相互作用が熱平衡とは異なる膜ゆらぎを誘起することなどを明らかにするとともに、（４）膜の力学物性の計算手法の開発や（５）ナビエ・ストークス方程式の離散化時の角運動量保存の喪失の原因の解明を行った。

【研究の社会的意義】

細胞内の生命活動における静的や動的な膜構造はタンパク質によって制御されている。これらのタンパク質の欠損は細胞小器官の構造異常や細胞機能不全につながり、その機能を理解することは非常に重要である。しかし、その機構はまだよく理解されていない。本研究では分子レベルから、マイクロメートルのスケールの様々の状況で、タンパク質がどのように生体膜と相互作用し、構造を制御しているかについて重要な知見を明らかにした。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31

【配分額】4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)

【研究分野】分析化学

【研究領域課題番号】15H03824 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

分析科学 / 生体物理 / 生体分子 / 生体膜 / 表面・界面物性 / 界面活性分子 / 生物物理

【研究成果の概要】

本研究では，自立型脂質二重膜である黒膜について，レーザー誘起界面変形法（LISD），光褪色後蛍光回復法（FRAP）の適用を可能にすると共にコレステロール濃度・浸透圧依存性の測定を行った。浸透圧が増加した場合，膜張力と拡散係数が共に増加したのに対し，コレステロール濃度が増加した場合は膜張力が増加したのに対して拡散係数の減少が見られた。これらの結果は膜張力と流動性についての系統的な測定結果として重要であるだけでなく，これまで測定できなかった平坦，かつ揺らぎが大きな脂質二重膜についての結果である点でも重要であり，今後の発展が期待される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)

【研究分野】生物物理・化学物理・ソフトマターの物理

【研究領域課題番号】25400425 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生物物理 / ソフトマター / 細胞 / 生体膜 / シミュレーション

【研究成果の概要】

数値計算を主に用いて、タンパク質などによる生体膜の形状制御の仕組みを研究した。まず、膜間のゆらぎのエントロピーによって生体膜間を架橋する結合サイトが凝集する条件を明らかにした。次に、高分子修飾によって大きな膜ドメインが不安定化し、多数のマイクロドメインが形成されることがあることを示した。そして、バナナ状タンパク質の吸着により、多角形膜チューブや多面体ベシクルが形成することを明らかにした。タンパク質の曲率上昇に伴うタンパク質の凝集は２段階、もしくは３段階に分けて起こる。また、高いトポロジー種数を持つベシクルではストマトサイトから円盤状へ一次相転移することがあることも示した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)