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2020 Fiscal Year Annual Research Report

ゆらぎと応答の基本限界から探索する生体分子の設計原理

Planned Research

Project AreaInformation physics of living matters
Project/Area Number 19H05795
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

岡田 康志  東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 教授 (50272430)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 神原 丈敏  国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 上級研究員 (40451637)
池崎 圭吾  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (10722960)
榎 佐和子 (苙口佐和子)  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任助教 (50467635)
佐々 真一  京都大学, 理学研究科, 教授 (30235238)
川口 喬吾  国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 理研白眉研究チームリーダー (00787319)
Project Period (FY) 2019-06-28 – 2024-03-31
Keywords情報熱力学 / 一分子計測 / 分子モーター / 細胞内環境 / 非平衡多体現象 / クロマチン / 液液相分離
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、1) 生体分子モーターの多様性と設計原理、2) 細胞内非平衡環境の計測、3) 非平衡多体現象の基礎理論、の3つの項目について研究を行う。
このうち 1) 生体分子モーターの多様性と設計原理については、トレードオフ関係式の理論を発展させるとともに、これに対応した計測系を実現するための装置開発を進めた。一分子計測で測定可能なパラメータを用いて分子モーターの性能にかかわるトレードオフ関係式に対応した一分子計測実験を行うために、高い空間分解能と時間分解能を両立する構造化照明一分子顕微鏡の構築を進め、予備的な結果が得られた。
2) 細胞内非平衡環境の計測については、並進拡散と回転拡散の同時計測を行うための6次元高速一粒子追跡顕微鏡の開発を進めた。細胞内環境を模した高粘度溶液系での回転並進拡散同時計測の実証実験に成功し、half in vitro の系としてアフリカツメガエル卵抽出液を用いた実験系や、artificial な crowder を加えた溶液系での測定を通じて、計測上の課題を明確化し、これを解決するための技術開発に着手した。また、細胞内で拡散粒子に力学的摂動を与えるための操作系の開発も進め、in vitroの系で多数の微粒子を一様に操作できることを確認した。新たに、細胞内での拡散計測のために、自己組織化蛍光ナノ粒子を細胞内に発現させる実験系を確立した。
3) 非平衡多体現象については、クロマチン構造転移が1次転移となり遺伝子スイッチとして機能する条件の理論を踏まえ、クロマチン液液相分離についての理論的考察を発展させ、再構成クロマチンを観察するための多色全反射顕微鏡の開発を進めた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

コロナ禍による影響で一部計画が遅延したが、その遅れも概ね取り返すことができた。

Strategy for Future Research Activity

コロナ禍による影響での遅延の影響が当初懸念されたが、その後の研究の進展により、遅延の影響は概ね取り返すことができた。また、コロナ禍による実験研究が遅延した間に当初計画で想定以上に理論面での成果が得られているため、今後はその成果を活かす形でさらなる研究の発展を期したい。

  • Research Products

    (19 results)

All 2021 2020

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 1 results) Presentation (12 results) (of which Invited: 12 results) Book (2 results)

  • [Journal Article] Effective Langevin equations leading to large deviation function of time-averaged velocity for a nonequilibrium Rayleigh piston2021

    • Author(s)
      Itami Masato, Nakayama Yohei, Nakagawa Naoko, Sasa Shin-ichi
    • Journal Title

      PHYSICAL REVIEW E

      Volume: 103 Pages: 22125--22125

    • DOI

      10.1103/physreve.103.022125

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] NUDT21 Links Mitochondrial IPS-1 to RLR-Containing Stress Granules and Activates Host Antiviral Defense.2021

    • Author(s)
      Aoyama-Ishiwatari Saeko, Okazaki Tomohiko, Iemura Shun-Ichiro, Natsume Tohru, Okada Yasushi, Gotoh Yukiko
    • Journal Title

      JOURNAL OF IMMUNOLOGY (BALTIMORE, MD. : 1950)

      Volume: 206 Pages: 154--163

    • DOI

      10.4049/jimmunol.2000306

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Method for Automatic Tracking of Cell Nuclei with Weakly-Supervised Mitosis Detection in 2D Microscopy Image Sequences2020

    • Author(s)
      Kondratiev Alexandr Yu, Yaginuma Hideyuki, Okada Yasushi, Krylov Andrey S, Sorokin Dmitry V
    • Journal Title

      ACM INTERNATIONAL CONFERENCE PROCEEDING SERIES

      Volume: 0 Pages: 67--73

    • DOI

      10.1145/3417519.3417558

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Single-Molecule Imaging of Intracellular Transport in Neurons and Non-neuronal Cells: From Microscope Optics to Sample Preparations2020

    • Author(s)
      Wang Jay Yuan Jian, Kambara Taketoshi, Okada Yasushi
    • Journal Title

      NEUROMETHODS

      Volume: 154 Pages: 1--10

    • DOI

      10.1007/978-1-0716-0532-5_1

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Robust classification of cell cycle phase and biological feature extraction by image-based deep learning.2020

    • Author(s)
      Nagao Yukiko, Sakamoto Mika, Chinen Takumi, Okada Yasushi, Takao Daisuke
    • Journal Title

      MOLECULAR BIOLOGY OF THE CELL

      Volume: 31 Pages: 1346--1354

    • DOI

      10.1091/mbc.E20-03-0187

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 『これから一緒に研究する君へ』2021

    • Author(s)
      川口 喬吾
    • Organizer
      脳科学若手の会 関西支部セミナー
    • Invited
  • [Presentation] 生物系の多体現象と非平衡物理2021

    • Author(s)
      川口 喬吾
    • Organizer
      東京大学工学部 物理工学科 ワークショップ「物理工学の新展開」
    • Invited
  • [Presentation] Development of fluorescent probes for live imaging of cellular states2021

    • Author(s)
      岡田 康志
    • Organizer
      The 11th BRI International Symposium ``From Single Cell to Systems Neuroscience''
    • Invited
  • [Presentation] 細胞状態のシングルセル解析を目指したライブセルイメージング技術の開発2021

    • Author(s)
      岡田 康志
    • Organizer
      第8回日本腎臓研究会
    • Invited
  • [Presentation] 超解像・一分子イメージングで生きた細胞の中を見る2020

    • Author(s)
      岡田 康志
    • Organizer
      日本量子生命科学会第2回総会
    • Invited
  • [Presentation] Chiral Dynamics and Boundary Wave of Active Nematic Neural Progenitors2020

    • Author(s)
      川口 喬吾
    • Organizer
      Special Virtual Seminar, The University of Chicago
    • Invited
  • [Presentation] アクティブネマチック細胞とキラリティ2020

    • Author(s)
      川口 喬吾
    • Organizer
      京都大学 大学院理学研究科 談話会
    • Invited
  • [Presentation] 非平衡系における等式と不等式で探索する分子モーター2020

    • Author(s)
      佐々 真一
    • Organizer
      第10回分子モーター討論会
    • Invited
  • [Presentation] Chiral dynamics and boundary wave of active nematic neural progenitors2020

    • Author(s)
      川口 喬吾
    • Organizer
      Informal meeting : Variety and universality of bulk-edge correspondence in topological phases: From solid state physics to transdisciplinary concepts
    • Invited
  • [Presentation] 細胞集団運動のキラリティとトポロジー2020

    • Author(s)
      川口 喬吾
    • Organizer
      東京大学 理学系研究科 生物科学セミナー
    • Invited
  • [Presentation] Development of super-resolution microscopy and its application to the study of axonal transport2020

    • Author(s)
      岡田 康志
    • Organizer
      第43回日本神経科学会大会塚原仲晃記念賞記念講演
    • Invited
  • [Presentation] 超解像・一分子イメージングによる生細胞観察2020

    • Author(s)
      岡田 康志
    • Organizer
      第93回日本内分泌学会学術総会YECシンポジウム「新規イメージング技術による生命現象解析」
    • Invited
  • [Book] "相分離生物学の全貌"2020

    • Author(s)
      川口 喬吾
    • Total Pages
      0
    • Publisher
      東京化学同人
    • ISBN
      9784807913466
  • [Book] "Single Molecule Microscopy in Neurobiology"2020

    • Author(s)
      岡田 康志
    • Total Pages
      0
    • Publisher
      Springer

URL: 

Published: 2022-12-28  

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