2018 Fiscal Year Annual Research Report
Self-emerging micro-droplet as a real world modeling of motile life system
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18J12947
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
作田 浩輝 同志社大学, 生命医科学研究科, 特別研究員(DC2)
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2018-04-25 – 2020-03-31
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| Keywords | ミクロ相分離 / モデル細胞 / 水性二相分配 / 細胞骨格 / レーザトラップ / 光駆動ポンプ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、生物がnmスケールの分子からどのような機構でマクロな方向性を持った運動を取り出しているか明らかにすべく、運動タンパク質によるモデル実験系の創出を目的とする。研究は、（１）生体由来の分子の運動タンパク質用いて細胞に類似する構造および、運動性を有するモデル実験系の創出、（２）非生体由来の物質の液滴等によるマクロな運動性を有するモデル実験系の創出、の２点について展開をしてきた。
本年度は、（１）では、複数の高分子の混雑したモデル水溶液から、自律的に生成する細胞サイズの液滴を活用して、運動性を創出するための基礎的な成果が得られた。細胞の骨格を形成するタンパク質であるアクチンや数kbpの長鎖のDNAが細胞様の構造を液滴内部で自発的に形成することを明らかにした。（中谷、作田ら、ChemBioChem 2018）また、細胞膜を構成するリン脂質を本溶液系に導入した場合には、液滴の界面リン脂質が集積し細胞膜状の構造を形成することを明らかにした。さらに、同様の実験系を用いて、赤血球やマウスの乳腺由来の上皮細胞が自発的に液滴の内部に局在し、細胞種や場を規定する高分子（例として、デキストランおよびポリエチレングリコール）の組成によりその局在性が異なることも明らかにしている。（作田ら、Front. Chem. 2019）
（２）では、油水混合溶液の組成を相分離の臨界点近傍に設定し、局所的にレーザ照射すると、ミクロ液滴が湧出する。この焦点近傍で溶液の深さを空間的に非対称にすると一方向の流動が引き起こされることを明らかにした。nmスケールの分子によるマクロな運動の創出の理解のみならず、光駆動ポンプとしての発展も期待される。（作田ら、J. Phys. Chem. Lett., 2018）
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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
本研究では、生物がnmスケールの分子からどのような機構でマクロな方向性を持った運動を取り出しているかを明らかにすべく、（１）生体由来の分子による細胞構造と運動性の形成を行うモデル実験系の創出、（２）非生体由来の物質によるマクロな運動性を有するモデル実験系の創出の２点を課題として進展させてきた。（１）では、運動性を有するモデル実験系の基礎として、生体内部のような高分子の混雑する溶液内で運動を誘起する一因となるアクチンから細胞様の構造が得られることを明らかにし、論文にすることができている。さらに比較検討で生細胞を上記と同じ実験系で取り扱った場合に細胞集団が３次元構造体を自発的に形成することが当初予想されなかった新規の現象として明らかとなった。（２）では、非生体分子から上述の課題を達成する現象の一例を本年度は明らかにし論文として報告を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）生体由来の分子による細胞構造と運動性の形成を行うモデル実験系の創出については、本年度の研究成果を元に、アクチンと運動タンパク質であるミオシンや同じ運動タンパク質のキネシンと微小管の組み合わせを上記の実験系に導入することにより、運動タンパク質を取り込んだミクロ液滴の運動や変形を誘起するモデル実験の創出を目指す。（２）非生体由来の物質によるマクロな運動性を有するモデル実験系の創出では、運動性を持つとともに、より生命らしい性質を持ったモデル実験系の創出を目指し、生命現象の理解に貢献するモデル実験系へと発展を模索する。
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Research Products
(10 results)
