| Project/Area Number |
23K23294
|
|---|
| Project/Area Number (Other) |
22H02026 (2022-2023)
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
|
|---|
| Research Institution | Yamagata University |
|---|
Principal Investigator |
並河 英紀 山形大学, 理学部, 教授 (30372262)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2026-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
|
| Budget Amount *help |
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2025: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
|
|---|
| Keywords | 非平衡 / 自己組織化 / 反応拡散 / アミロイドβ / リーゼガング / コロイド結晶 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
生命・非生命を問わず自然界の開放系自己組織化機構を閉鎖系研究から追究することは本質的誤りを導く一因になり得ることは確実である。この問題点を解決するには、「閉鎖系には閉鎖系、開放系には開放系」という非常に単純な本質に立ち返るだけで良い。すなわち、生命・非生命を問わず自然界の非平衡自己組織化に関する研究を行う上では、閉鎖系（流束＝０）に依存した現在の研究手法から「流束を選択律とした自己組織化の学理」へとシフトさせる必要性があり、この点こそが本研究の学術的な「問い」であり本研究の目指すところである。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
生命システムを含む自然界は、「物質流束を伴わない平衡系自己組織化」と「物質流束を伴う非平衡系自己組織化」を絶妙に制御し構造・機能を獲得している。この精巧な自己組織化制御機構を理解するには、自然界の自己組織化を「流束を関数とした自己組織化プログラム」として捉え、その制御因子である流束が自己組織化機構へ果たす役割を明確化する必要がある。そこで本研究では、流束の時空間分布Fin(x, y, z, t)を制御した分子自己組織化実験系と反応拡散実験系を構築し、流束が自己組織化の速度論・熱力学・構造・物性の選択律として機能する根幹原理に迫る「流束を選択律とした自己組織化学」を追究することを目指したものである。特に、生体内流束異常による自己組織化が原因となる疾患を分子科学的に理解する「非平衡病理学」を提案することで本研究の学術的意義を明確にすることを目指している。その様な目的の中、昨年度はアルツハイマー病の発症に深く関与するアミロイドβ42（Aβ42）の膜表面における吸着・凝集・拡散挙動を、脳内の開放環境を模倣した独自のフロー系を用いて解析した。閉鎖系では主にモノマーが膜表面に存在したのに対し、開放系ではダイマーや高次オリゴマーが優勢であり、Aβ42の凝集が顕著に促進された。さらに、開放系では拡散係数が大きく、膜への挿入深度や分子間相互作用の違いが示唆された。これらの知見は、非平衡環境下におけるAβ42の動態の理解を深めるとともに、アルツハイマー病の分子病態解明に資する重要な成果である。また、当初目的である「非平衡病理学」へ向けた重要な第一歩といなる成果となる。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度も順調に研究が進展し、昨年度分の研究内容についてすでに3報の論文が出版されており、かつ、1報も査読中である。
|
| Strategy for Future Research Activity |
昨年度はアミロイドβ42（Aβ42）の吸着・凝集・拡散挙動における開放系の特異性を明らかにし、脳内に近い非平衡環境下での分子動態が、従来の閉鎖系実験とは大きく異なることを示した。特に、フローの存在が凝集体形成や膜への吸着を顕著に促進すること、また拡散係数が大きく変化することが観測された。これらの知見は、アルツハイマー病の分子機構理解に新たな視点を提供するものである。今後は、開放系で観測された現象に対し、その根本的な駆動因子である流束 Fin(t) の影響を定量的に検証する。具体的には、マイクロ流体系を用いてAβ42溶液の供給濃度および流速を精密に制御することで、異なる流束条件下での拡散挙動や凝集ダイナミクスを詳細に解析する。これにより、非平衡条件が分子の吸着・凝集過程に及ぼす影響を、定量的かつ機構論的に明らかにすることを目指す。特に、凝集開始時間、オリゴマーの成長速度、拡散係数の分布などを指標とし、流束に対する応答特性を評価する。このようなアプローチは、単にAβ42に限らず、膜上での自己組織化や凝集が関与する多様な生理・病理現象にも応用可能であり、より一般的な非平衡自己組織化過程の理解にも貢献することが期待される。
|
