2019 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of intracellular molecular diffusion mechanism using cell model
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18H01187
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
柳澤 実穂 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (50555802)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 人工細胞 / 異常拡散 / 高分子混雑 / 蛍光相関分光法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多量のタンパク質等で混雑する細胞中では、分子拡散が通常のブラウン運動とは異なる遅い異常拡散となることが知られている。その要因の一つとして、高分子混雑に由来する高分子の粘弾性化が指摘されてきた。申請者らはごく最近、バルクでは通常拡散を示す高分子溶液が、細胞モデル閉じ込めにより遅い異常拡散を示すこと、異常拡散性は高分子の形に依存して変化することを見出した。すなわち、従来のモデルと異なり、細胞サイズ閉じ込めと高分子の形状の協奏によって細胞内の遅い異常拡散性が創発されていることを示唆する。そこで本研究では細胞モデル中での（１）異常拡散性と高分子の形状、サイズのパラメーター解析、（２）高空間解像度での拡散挙動解析による膜効果・空間サイズ効果の分離、（３）異常拡散要因の推定を通し、細胞でみられる遅い異常拡散の物理メカニズムを導くことを目的としている。
2019年度は、2018 年度に発見した「高分子濃度がある閾値よりも高くなると小さな細胞モデル中では分子拡散が遅くなる」現象が、球状タンパク質や線状高分子だけでなく、分岐をもつ多糖デキストランでも生じること、その構成要素である単糖グルコースでは生じないことを見出した。この結果は、上記の高分子混雑した細胞サイズ空間では、混雑分子や拡散分子の種類によらず、バルクと比べて遅い拡散となることを意味している。さらに、細胞モデルを覆う膜物性を高分子結合型脂質の添加により変調し、それに応じて拡散が遅くなる程度が変化することから、主に細胞モデルを覆う膜界面効果により遅い拡散が生じることを示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
細胞モデル中で観察される遅い異常拡散に対し、表面を覆う膜物性や細胞モデルの形を変える実験を追加した。その結果、膜物性によりマイクロメートルサイズの細胞モデル中の分子拡散が全体的に変化するという、予想外の発見を得ることができた。それゆえ、当初の計画からは遅れているが、本研究目的に対する理解はより進展してきており、全体的はおおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度は、2019年度に得られた結果に基づき、（１）膜による細胞サイズ空間閉じ込めが遅い拡散をもたらす要因の解明を目指す。その後、（２）細胞内のようにエネルギーを消費して動き回るタンパク質が存在する非平衡環境が、上記のサイズ依存的な遅い拡散へ及ぼす影響を定量的に導く予定である。
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