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非平衡物理現象としての細胞分化

Research Project

Project/Area Number 12J08031
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field 生物物理・化学物理
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

川口 喬吾  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
Fiscal Year 2014: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2012: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords生物物理
Outline of Annual Research Achievements

本年度は、血球細胞(HL60)の分化の実験を引き続き進めた。前年度までの成果により、分化を蛍光により可視化できる細胞株を作成し、一細胞レベルでの分化程度の長時間観察が可能になっている。それに加え、抗体染色による分化程度の定量により、培養細胞の密度に依存した分化レートを測定した。相互作用に関わる遺伝子を操作した血球細胞株を樹立し観察することにより、多細胞が大域的な相互作用を通じて分化を促進・抑制するマクロな現象と、細胞同士が近接相互作用を介して分化を抑制するミクロな現象を、個別にとらえることに成功した。

細胞間相互作用が分化や組織・器官の形成にどうかかわるかを調べる上では、静的な相互影響だけでなく、非平衡な集団運動の結果生じるパターンの基礎研究を進める必要がある。本年度は、血球細胞の実験と並行して、神経幹細胞の培養系についても実験の成果を得た。多数の神経幹細胞が培養皿上に作る特徴的なパターンに着目し、集団運動とネマチックな相互作用の結果として特殊な密度場の不安定性が生じることを突き止めた。

さらに、細胞質内の輸送に関わる分子モーターの最近の実験成果に動機づけられ、生体分子が協同的に働いて一方向に運動することを示す可解モデルを提案した。この単純なモデルにより、輸送に際して分子モーターが多粒子いる方が望ましい場合と、逆に2粒子で歩行する方が望ましい場合があり、それが一分子のモーターのミクロな設計原理に依存していることが示された。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (25 results)

All 2015 2014 2013 2012

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (17 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Invariance of steady-state thermodynamics between different scales of description2015

    • Author(s)
      Yohei Nakayama, Kyogo Kawaguchi
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 91 Issue: 1

    • DOI

      10.1103/physreve.91.012115

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Nonequilibrium dissipation-free transport in F1-ATPase and the thermodynamic role of asymmetric allosterism2014

    • Author(s)
      Kyogo Kawaguchi, Shin-ichi Sasa, and Takahiro Sagawa
    • Journal Title

      Biophysical Journal

      Volume: 106 Issue: 11 Pages: 2450-2457

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2014.04.034

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Invariance of steady state thermodynamics between different scales of description2014

    • Author(s)
      Y. Nakayama and K. Kawaguchi
    • Journal Title

      Arxiv : 12 11.3805

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Journal Article] Nonequilibrium dissipation-free transport in F1-ATPase and the thermo dynamic role of asymmetric allosterism2014

    • Author(s)
      K. Kawaguchi, S. -i. Sasa, and T. Sagawa
    • Journal Title

      Arxiv : 1307.3998

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Journal Article] Oscillatory control of factors determining multipotency and fate in mouse neural progenitors2013

    • Author(s)
      I. Imayoshi, A. Isomura, Y. Harima, K. Kawaguchi, H. Kori, H. Miyachi, T. Fujiwara, F. Ishidate, and R. Kageyama
    • Journal Title

      Science

      Volume: 342 Issue: 6163 Pages: 1203-1208

    • DOI

      10.1126/science.1242366

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fluctuation theorem for hidden entropy production2013

    • Author(s)
      K. Kawaguchi and Y. Nakayama
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 88 Issue: 2 Pages: 22147-22151

    • DOI

      10.1103/physreve.88.022147

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fluctuation theorem for hidden entropy productionon2012

    • Author(s)
      K. Kawaguchi and Y. Nakayama
    • Journal Title

      arxiv:1209.6333

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Journal Article] Second law of nonequilibrium thermodynamics at different levels of descriptions2012

    • Author(s)
      Y. Nakayama and K. Kawaguchi
    • Journal Title

      arxiv:1211.3805

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 神経幹細胞の集団挙動2015

    • Author(s)
      川口喬吾, 影山龍一郎, 佐野雅己
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2015-03-24
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Collective Motion and Active Topological Defects in Neural Stem Cell Culture2015

    • Author(s)
      Kyogo Kawaguchi, Ryoichiro Kageyama, and Masaki Sano
    • Organizer
      Physics of Structural and Dynamical Hierarchy in Soft Matter
    • Place of Presentation
      Univ. of Tokyo
    • Year and Date
      2015-03-03 – 2015-03-18
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Collective motion of neural stem cells2015

    • Author(s)
      Kyogo Kawaguchi, Ryoichiro Kageyama, and Masaki Sano
    • Organizer
      2015 Winter q-bio Meeting
    • Place of Presentation
      Maui, Hawaii
    • Year and Date
      2015-02-17 – 2015-02-20
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Design principles in cooperativity of molecular motors2014

    • Author(s)
      Kyogo Kawaguchi, Takayuki Torisawa, and Ken'ya Furuta
    • Organizer
      6th iCeMS Retreat
    • Place of Presentation
      Miyazu Royal Hotel, Japan
    • Year and Date
      2014-10-03 – 2014-10-04
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Force induced switching model for cooperative molecular motors2014

    • Author(s)
      Kyogo Kawaguchi, Takayuki Torisawa, and Ken'ya Furuta
    • Organizer
      Tokyo ATPase Workshop
    • Place of Presentation
      Univ. of Tokyo
    • Year and Date
      2014-06-02 – 2014-06-03
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] F1-ATPaseの現象論的モデル : 非対称な遷移ルールによる内部散逸の低減2014

    • Author(s)
      川口喬吾, 佐々真一, 沙川貴大
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学(神奈川県)
    • Year and Date
      2014-03-29
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 生体分子モーターのための微小系熱力学2014

    • Author(s)
      川口喬吾
    • Organizer
      若手研究会 : 「ゆらぎの定理 : 現在と未来」
    • Place of Presentation
      東京大学(東京都)
    • Year and Date
      2014-03-17
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] F_1-ATPaseの現象論的モデル : 低内部散逸と非対称な遷移ルール2013

    • Author(s)
      川口喬吾, 佐々真一, 沙川貴大
    • Organizer
      新学術領域「ゆらぎと構造の協奏」第一回領域研究会
    • Place of Presentation
      KKRホテル熱海(静岡県)
    • Year and Date
      2013-12-25
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Nonequilibrium dissipation-free transport of F1-ATPase and the thermodynamic role of asymmetric allosterism2013

    • Author(s)
      K. Kawaguchi, S. -i. Sasa, and T. Sagawa
    • Organizer
      日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      京都国際会館(京都府)
    • Year and Date
      2013-10-30
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Increase and decrease of entropy production after reducing variables2013

    • Author(s)
      K. Kawaguchi and Y. Nakayama
    • Organizer
      STATPHYS25
    • Place of Presentation
      Seoul Univ., Korea
    • Year and Date
      2013-07-25
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Internal dissipation-free model for F1-ATPase2013

    • Author(s)
      K. Kawaguchi, S. -i. Sasa, and T. Sagawa
    • Organizer
      Frontier of Statistical Physics and Information Processing
    • Place of Presentation
      京都大学(京都府)
    • Year and Date
      2013-06-13
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 粗視化により隠れるエントロピー生成の満たす等式2013

    • Author(s)
      川口喬吾, 中山洋平
    • Organizer
      日本物理学会年会
    • Place of Presentation
      広島大学 (広島県)
    • Year and Date
      2013-03-28
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Fluctuation Theorem for Hidden Entropy Production2013

    • Author(s)
      Kyogo Kawaguchi and Yohei Nakayama
    • Organizer
      Small Systems Thermodynamics (workshop)
    • Place of Presentation
      Nordita, Sweden
    • Year and Date
      2013-03-15
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Integral Fluctuation Theorem for Hidden Entropy Production2013

    • Author(s)
      Kyogo Kawaguchi and Yohei Nakayama
    • Organizer
      Korea Japan 2nd Joint Workshop
    • Place of Presentation
      高麗大学, 韓国
    • Year and Date
      2013-03-04
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Integral Fluctuation Theorem for Hidden Entropy Production2012

    • Author(s)
      Kyogo Kawaguchi and Yohei Nakayama
    • Organizer
      4th YSM-SPIP in Sendai
    • Place of Presentation
      東北大学 (宮城県)
    • Year and Date
      2012-12-16
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 粗視化により隠れるエントロピー生成と非平衡関係式2012

    • Author(s)
      川口喬吾, 中山洋平
    • Organizer
      森肇先生記念研究集会
    • Place of Presentation
      九州大学 (福岡県)
    • Year and Date
      2012-11-25
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 揺動応答関係の別表式とEntropy/Frenesy対応2012

    • Author(s)
      川口喬吾
    • Organizer
      非平衡系の物理-その普遍的理解を目指して-
    • Place of Presentation
      京都大学 (京都府)
    • Year and Date
      2012-08-03
    • Related Report
      2012 Annual Research Report

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Published: 2013-04-25   Modified: 2024-03-26  

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