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化学反応下での両親媒性分子集合体の形態変化 マルチスケールにわたる理解

Research Project

Project/Area Number 16J01728
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Biological physics/Chemical physics/Soft matter physics
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

中川 恒  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2016-04-22 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Fiscal Year 2017: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2016: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords粗視化シミュレーション / 二重膜 / 両親媒性分子 / 分子動力学シミュレーション / ソフトマター / 生体膜
Outline of Annual Research Achievements

本年度行った研究実績を二つに分けて説明する。
1) 加水分解反応と脱水縮合反応によって引き起こされる二重膜の形態変化に関する研究
加水分解反応と脱水縮合反応は生体内で広くみられる基本的な化学反応である。これら二つの化学反応によって引き起こされる二重膜の形状変化を粗視化シミュレーション手法を用いて調べた。シミュレーションの結果、二種類の形状変化が見られることがわかった。一つは円盤形状の二重膜の突起が成長する、bilayer protrusionと呼ばれる形状変化、もう一つはbuddingと呼ばれる形状変化である。さらに解析を進め、これら二つの形状変化が熱力学的性質だけでなく、膜とバルク溶液の粘性係数の違いによって支配されることを明らかにした。この結果は膜とバルク溶液の粘性に違いをつけることで、二重膜の形状変化を制御できることを示唆している。さらにこの結果は、実験において二重膜の形状を制御する新しい手段をも示唆するものである。
2) 多価不飽和脂肪酸が二重膜の力学的物性に及ぼす影響に関する研究
脂質の化学反応によって生じる疎水性分子の中には、二重膜に埋め込まれて存在するものがある。こうした反応生成物により二重膜はヘテロな組成となる。このようなヘテロな組成は二重膜の力学的性質を大きく変化させることが先行研究により知られているが、その分子論的起源は明らかではなかった。こうした、組成の変化に伴う二重膜の力学的性質の変化を定量的に調べるため、全原子シミュレーションを用いた研究を行った。具体的には、脂質の疎水基に二重結合を導入した場合の力学的性質の変化を調べ、二重結合の導入により曲げ弾性率が減少することを定量的に示した。さらに、こうした二重結合の導入に伴う曲げ弾性率の減少と、網膜や神経細胞など高い曲率を持つ生体膜の形成との関係性を、ノックアウトマウスを用いた実験結果と照らし合わせ明らかにした。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2018 2017 2016

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Bilayer sheet protrusions and budding from bilayer membranes induced by hydrolysis and condensation reactions2018

    • Author(s)
      K. M. Nakagawa and H. Noguchi
    • Journal Title

      Soft Matter

      Volume: 14 Issue: 8 Pages: 13971407-13971407

    • DOI

      10.1039/c7sm02326j

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 短距離古典分子動力学シミュレーションコードのGPGPU化(2)2018

    • Author(s)
      中川恒
    • Journal Title

      分子シミュレーション研究会会誌 “アンサンブル”

      Volume: 20(1) Pages: 4045-4045

    • NAID

      130007649482

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Journal Article] Docosahexaenoic acid preserves visual function by maintaining correct disc morphology in retinal photoreceptor cells2017

    • Author(s)
      Shindou Hideo、Koso Hideto、Sasaki Junko、Nakanishi Hiroki、Sagara Hiroshi、Nakagawa Koh M.、Takahashi Yoshikazu、Hishikawa Daisuke、Iizuka-Hishikawa Yoshiko、Tokumasu Fuyuki、Noguchi Hiroshi、Watanabe Sumiko、Sasaki Takehiko、Shimizu Takao
    • Journal Title

      Journal of Biological Chemistry

      Volume: 292 Issue: 29 Pages: 12054-12064

    • DOI

      10.1074/jbc.m117.790568

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 短距離古典分子動力学シミュレーションコードのGPGPU化(1)2017

    • Author(s)
      中川恒
    • Journal Title

      分子シミュレーション研究会会誌 “アンサンブル”

      Volume: 19(4) Pages: 267273-267273

    • NAID

      130007502512

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Journal Article] 分子シミュレーションにおける三体ポテンシャルを含んだ系の局所応力テンソルの非一意性2017

    • Author(s)
      中川 恒
    • Journal Title

      分子シミュレーション研究会会誌 “アンサンブル”

      Volume: 19 Pages: 69-69

    • NAID

      130006327538

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Nonuniqueness of local stress of three-body potentials in molecular simulations2016

    • Author(s)
      Koh M. Nakagawa and Hiroshi Noguchi
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 94 Issue: 5

    • DOI

      10.1103/physreve.94.053304

    • NAID

      130007510004

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Nonuniqueness of local stress of three-body potentials in molecular simulations2017

    • Author(s)
      Koh M. Nakagawa
    • Organizer
      19th IUPAB congress and 11th EBSA congress
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 分子シミュレーションにおける三体ポテンシャルを含んだ系の局所応力テンソルの非一意性2017

    • Author(s)
      中川 恒
    • Organizer
      つくばソフトマター研究会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 分子シミュレーションにおける三体ポテンシャルを含んだ系の局所応力テンソルの非一意性2017

    • Author(s)
      中川 恒
    • Organizer
      第72回日本物理学会秋季大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] OpenACC vs CUDA 分子動力学法を題材として2017

    • Author(s)
      中川 恒
    • Organizer
      ポスト京萌芽課題のシンポジウム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Ununiqueness of stress tensor for three body forces2016

    • Author(s)
      中川 恒
    • Organizer
      Biomembrane Days 2016
    • Place of Presentation
      Harnack-Haus, Berlin, Germany
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Shape transformations of bilayer membrane induced by hydrolysis reaction2016

    • Author(s)
      中川 恒
    • Organizer
      4th International Soft Matter Conference
    • Place of Presentation
      Alpes-Congre`s, Grenoble, France
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 分子シミュレーションにおける三体ポテンシャルを含んだ系の局所応力テンソルの非一意性2016

    • Author(s)
      中川 恒
    • Organizer
      第54回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場 (つくば市、茨城県)
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 分子シミュレーションにおける三体ポテンシャルを含んだ系の局所応力テンソルの非一意性2016

    • Author(s)
      中川 恒
    • Organizer
      第30回分子シミュレーション討論会
    • Place of Presentation
      大阪大学 (豊中市、大阪府)
    • Related Report
      2016 Annual Research Report

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Published: 2016-05-17   Modified: 2024-03-26  

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