放射線によるゲノムＤＮＡ二重鎖切断の定量的解析技術の開発と数理モデルの構築

• Project/Area Number: 13J01270
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Risk sciences of radiation/Chemicals
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 下林 俊典 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000); Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 相分離 / ＤＮＡ / リポソーム / DNA / ミクロ相分離

Outline of Annual Research Achievements

本年度は以下の二つに関して研究を進めた。

(1) 細胞サイズの脂質二重膜小胞にDNAを内包する新規な手法に関する実験を昨年度に引き続き行った。2014年度に国際学術論文として発表した蛍光顕微鏡観察に加えて、ナノスケールでのメカニズムを明らかにする為、X線小角散乱実験を昨年度に引き続き行った。結果、脂質膜の水和ダイナミクスが、乾燥脂質膜に添加されたDNAとイオンによって促進されることが明らかとなった。これらの成果は現在学術論文として纏めており、近々投稿予定である。

(2) 研究遂行過程において発見した脂質二重膜小胞における相分離転移現象の研究を発展させた。マクロ相分離状態からミクロ相分離状態への相分離構造の転移ダイナミクスを実験的に明らかにし、数値計算においてもおよそこの転移現象を確認した。これらの転移現象は、二重膜において脂質組成が非対称である事に起因する自発曲率によって駆動されることが示唆された。更に上記の結果から期待した通りに、脂質組成が非対称になるほどドメインサイズが小さくなることを実験的に明らかにした。これは多成分脂質二重膜における相分離ドメインのサイズが脂質組成が非対称である事に起因する自発曲率によって制御されることを強く示唆している。以上の成果は、生体膜と再構成膜におけるラフトと呼ばれるドメインのサイズ不一致問題を解決する上での重要な知見といえる。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Direct observations of transition dynamics from macro- to micro-phase separation in asymmetric lipid bilayers induced by externally added glycolipids (2016)
  • Author(s): Shunsuke F. Shimobayashi, Masatoshi Ichikawa and Takashi Taniguchi
  • Journal Title: Europhysics Letters Volume: 113 Issue: 5 Pages: 56005-56005
  • DOI: 10.1209/0295-5075/113/56005
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Direct measurement of DNA-mediated adhesion between lipid bilayers (2015)
  • Author(s): Ｓ． Ｆ． Ｓｈｉｍｏｂａｙａｓｈｉ， Ｂ． Ｍ． Ｍｏｇｎｅｔｔｉ， Ｌ． Ｐａｒｏｌｉｎｉ， Ｄ． Ｏｒｓｉ， Ｐ． Ｃｉｃｕｔａ， ａｎｄ Ｌ． Ｄ． Ｍｉｃｈｅｌｌｅ
  • Journal Title: Phys. Chem. Chem. Phys. Volume: １７ Issue: 24 Pages: 15615-15628
  • DOI: 10.1039/c5cp01340b
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Molecular behavior of DNA in a cell-sized compartment coated by lipids (2015)
  • Author(s): Tsutomu Hamada, Rie Fujimoto, Shunsuke F. Shimobayashi, Masatoshi Ichikawa, Masahiro Takagi
  • Journal Title: Phys. Rev. E Volume: 91 Issue: 6 Pages: 62717-62717
  • DOI: 10.1103/physreve.91.062717
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Emergence of DNA-Encapsulating Liposomes from a DNA-Lipid Blend Film (2014)
  • Author(s): S. F. Shimobayashi and M. Ichikawa
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry B Volume: 118 Issue: 36 Pages: 10688-10694
  • DOI: 10.1021/jp506096h
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Transition dynamics from macro- to micro-phase separation in asymmetric lipid bilayers (2016)
  • Author(s): S. F. Shimobayashi, M. Ichikawa, and T. Taniguchi
  • Organizer: APS March meeting 2016
  • Place of Presentation: Baltimore, USA
  • Year and Date: 2016-03-14
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Emergence of DNA-encapsulating liposomes from a DNA-lipid blend film (2016)
  • Author(s): S. F. Shimobayashi, T. Kurimura, M. Ichikawa, and M. Hishida
  • Organizer: APS March meeting 2016
  • Place of Presentation: Baltimore, USA
  • Year and Date: 2016-03-14
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Transition dynamics from macro- to micro-phase separation in asymmetric lipid bilayers (2015)
  • Author(s): S. F. Shimobayashi, M. Ichikawa, and T. Taniguchi
  • Organizer: Hierarchical Dynamics in Soft Materials and Biological Matter
  • Place of Presentation: Kyoto
  • Year and Date: 2015-09-23
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 脂質二重膜の非対称な組成に起因する相分離転移現象 (2015)
  • Author(s): 下林俊典、市川正敏、谷口貴志
  • Organizer: 日本物理学会2015年度秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] Emergence of nanometer-sized raft-like domains in asymmetric lipid vesicles (2015)
  • Author(s): S. F. Shimobayashi
  • Organizer: Intefnaional Workshop on Challenge to Synthesizing Life
  • Place of Presentation: Kanagawa
  • Year and Date: 2015-08-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Phase separation transitions in asymmetric lipid bilayers (2015)
  • Author(s): S. F. Shimobayashi, M. Ichikawa, and T. Taniguchi
  • Organizer: International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2015
  • Place of Presentation: Kyoto
  • Year and Date: 2015-08-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 組成非対称な相分離膜面上における相分離転移現象：実験と数値計算 (2015)
  • Author(s): 下林俊典
  • Organizer: 日本物理学会2015年度春季大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] 組成非対称な脂質二重膜面上における相分離転移現象:実験と数値計算 (2014)
  • Author(s): 下林俊典
  • Organizer: 首都大学バイオ・ソフトマターセミナー
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-10-30
  • Invited
• [Presentation] 脂質二重膜面上における相分離転移 (2014)
  • Author(s): 下林俊典
  • Organizer: 日本物理学会 2014年度秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] Micro phase separation of a lipid-DNA binary mixture in a dried film (2014)
  • Author(s): Shunsuke F Shimobayashi
  • Organizer: 9th Liquid Matter Conference
  • Place of Presentation: Lisbon, Protgul
  • Year and Date: 2014-07-21 – 2014-07-25
• [Presentation] Phase separation transitions in a lipid bilayer system (2014)
  • Author(s): Shunsuke F Shimobayashi
  • Organizer: Breaking Barriers, from Physics to Biology
  • Place of Presentation: Xian
  • Year and Date: 2014-07-14 – 2014-07-16
• [Presentation] Emergence of DNA-encapsulating liposome from DNA-lipid blend film (2014)
  • Author(s): Shunsuke F Shimobayashi
  • Organizer: Open Questions on the Origin of Life
  • Place of Presentation: Nara
  • Year and Date: 2014-07-12 – 2014-07-13
• [Presentation] 相分離パターン制御による高分子内包リポソームの効率的作製 (2014)
  • Author(s): 下林俊典
  • Organizer: 第69回日本物理学会春季大会
  • Place of Presentation: 東海大学
  • Year and Date: 2014-03-30
• [Presentation] 基板フィルムのミクロ相分離構造に基づいた高分子内包リポソームの効率的作製畑 (2014)
  • Author(s): 下林俊典
  • Organizer: 京都若手ソフトマター研究会
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2014-03-07
• [Presentation] DNAを内包した細胞サイズリポソームの作成 (2013)
  • Author(s): 下林俊典
  • Organizer: 細胞を創る研究会
  • Place of Presentation: 慶応大学
  • Year and Date: 2013-11-14
• [Presentation] 脂質二重膜面上におけるマクロ-ミクロ相分離の転移ダイナミクス (2013)
  • Author(s): 下林俊典
  • Organizer: 第68回日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学
  • Year and Date: 2013-09-28
• [Presentation] 脂質二重膜面上におけるマクロ-ミクロ相分離の転移ダイナミクス (2013)
  • Author(s): 下林俊典
  • Organizer: コロイド界面化学討論会
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学
  • Year and Date: 2013-09-20
• [Presentation] 脂質二重膜面上におけるマクロ-ミクロ相分離転移ダイナミクス (2013)
  • Author(s): 下林俊典
  • Organizer: 西日本非平衡シンポジウム
  • Place of Presentation: 九州大学
  • Year and Date: 2013-06-01