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細胞分裂時のゲノム分配における1分子性のモデル研究

Publicly Offered Research

Project AreaSpying minority in biological phenomena -Toward bridging dynamics between individual and ensemble processes-
Project/Area Number 26115713
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionChuo University

Principal Investigator

鈴木 宏明  中央大学, 理工学部, 教授 (20372427)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2016-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2015)
Budget Amount *help
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2014: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Keywords人工細胞 / DNA / 分配 / 混雑効果 / ゲノム分配 / モデル研究
Outline of Annual Research Achievements

細胞内におけるゲノムの「数」は,真核細胞であれば有糸分裂において様々なモータータンパク質等の協同的作業により制御されている.大腸菌などの原核細胞では,高度な制御機構がないものの,成長・分裂過程において1細胞あたり1ゲノムDNAがうまく入るようになっている.JunとMulderは,大腸菌の細胞膜・壁内の非常に小さな領域に押し込められたゲノムDNAのモンテカルロシミュレーションを行い,DNAがエントロピー的に自己排除する効果でDNAの分配が遂行されるという説を提唱した.また,Erringtonの研究グループは,細胞壁や分裂に必要とされるタンパク質を持たないバクテリア(枯草菌)でも,増加した膜がちぎれるように分裂し,増殖することが可能なことを示した.これらの報告は,原始的な細胞またはモデル細胞が成長して分裂する際に,特別な機構を持たずとも倍加したDNAが均等に分配され得ることを示唆している.
本研究では,モデル細胞膜としてジャイアントユニラメラリポソーム(GUV)を用い,それが細胞分裂様に変形する際に,中に封入したゲノムサイズのDNAがどのように分配されるかを検証した.具体的には,長さが約1.6×10^5塩基対,回転半径が約1μmであるT4ファージ由来のgDNAを直径5~20μm程度のGUVに封入し,浸透圧ショックを加えることで分裂様の変形を誘起した.また,細胞内の混雑環境を模擬するため,分子量20k Daのポリエチレングリコール(PEG)を0~8wt%の濃度で共封入し,その影響を調べた.その結果,DNAが変形した娘細胞膜に比較的均一に分配されるには,膜変形の速度が影響すること,また,GUV内が混雑環境にある場合,速い膜変形においてもDNAの分配が実現されることを明らかにした.

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。

Report

(2 results)
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2016 2015 2014

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 3 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Shape Transformation of lipid vesicles by insertion of bulky-head lipids2015

    • Author(s)
      S. Tsuda, S. Fujii, H. Suzuki, T. Yomo
    • Journal Title

      Plos One

      Volume: - Issue: 7 Pages: e0132963-e0132963

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0132963

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Stochasticity in Gene Expression in a Cell-Sized Compartment2015

    • Author(s)
      Kz. Nishimura, T. Mtasuura, T. Sunami, S. Tsuru, H. Suzuki, T. Yomo
    • Journal Title

      ACS Synthetic Biology

      Volume: 4 Issue: 5 Pages: 566-576

    • DOI

      10.1021/sb500249g

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Identification of giant unilamellar vesicles with permeability to small charged molecules2014

    • Author(s)
      Nishimura, K., Matsuura, T., Sunami, T., Fujii, S., Nishimura, K., Suzuki, H., and Yomo, T.
    • Journal Title

      Rsc Adv

      Volume: 4(66) Issue: 66 Pages: 35224-35232

    • DOI

      10.1039/c4ra05332j

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Liposome-based liquid handling platform featuring addition, mixing, and aliquoting of femtoliter volumes2014

    • Author(s)
      H. Shiomi, S. Tsuda, H. Suzuki, T. Yomo
    • Journal Title

      Plos One

      Volume: なし Issue: 7 Pages: e101820-e101820

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0101820

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Statistical analysis of vesicle morphology dynamics based on free energy landscape2014

    • Author(s)
      S. Tsuda, H. Suzuki, T. Yomo
    • Journal Title

      Soft Matter

      Volume: 10 Issue: 32 Pages: 6038-6046

    • DOI

      10.1039/c4sm00992d

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 分裂する人工細胞膜におけるゲノムDNAの分配機構2016

    • Author(s)
      鈴木宏明
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第33回研究会
    • Place of Presentation
      東京大学生産技術研究所
    • Year and Date
      2016-04-25
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Distribution of genome-size DNA in the dividing model cell membrane2015

    • Author(s)
      Hiroaki Suzuki
    • Organizer
      Pacifichem 2015
    • Place of Presentation
      Honolulu, Hawaii, USA
    • Year and Date
      2015-12-15
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Liquid handling of minute volume using the hydrogel encapsulating liposomes2015

    • Author(s)
      K. Takahashi, T. Okano, H. Suzuki
    • Organizer
      The 19th international conference on miniaturized systems for chemistry and life sciences
    • Place of Presentation
      Geongju, Korea
    • Year and Date
      2015-10-25
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2014-04-04   Modified: 2018-03-28  

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