2019 Fiscal Year Research-status Report
生体分子モーターの内部で起きる非平衡散逸の定量と数理モデル解析
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18K03564
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
有賀 隆行 山口大学, 大学院医学系研究科, 准教授(特命) (30452262)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 生体分子モーター / エネルギー変換 / １分子計測・操作 / 非平衡物理学 / 生物物理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体内で荷物を運ぶキネシンは、化学エネルギーを力学的な仕事へと変換する分子モーターである。その運動機構の理解の進展とは裏腹に、エネルギー変換の理解は進んでいなかった。私は、これまでの研究で1分子キネシンの力学操作と応答計測を行い、キネシンの運動に伴う非平衡散逸を定量した。その結果、入力された化学エネルギーの大部分が、計測プローブからは見えない形で、キネシン分子の内部から散逸されていることを新たに見いだした。本研究では、その未知の内部散逸がどう生み出されるのか、キネシンの分子内部でのエネルギーの流れの定量的な理解を目的として研究を行ってきた。
昨年度までに、実験結果からの要請を満たしつつ局所詳細釣り合いの条件を組み込んだ、キネシンの新しい理論モデルを構築してきた。本年度はそのモデルをさらに発展させ、京都大学との共同研究を通じてキネシンの確率過程模型の解釈を行い、その成果を物理学会にて発表を行った。
ここで構築した数理モデルからは、生理的な条件に近い高い自由エネルギー変化の条件では、局所詳細釣り合いの条件の有無はシミュレーション結果に影響を及ぼさないが、逆に低い自由エネルギー変化の条件では局所詳細釣り合いの条件が陽に現れる可能性が示唆された。そこで、局所詳細釣り合いの条件が陽に現れると予想される、低い自由エネルギー変化の条件での運動解析を行うため、一分子計測系のセットアップと予備的な計測を行った。
さらに、本研究の前提となるこれまでの成果と基礎理論の概説に、前述の成果を一部盛り込んだ総説を執筆し、国内誌である生物物理と国際誌のBiophys Reviews誌に掲載された。
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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
本研究課題の一つとして計画されていた局所詳細釣り合いの条件を含めたキネシンの数理モデルを構築し、本年度はそのモデルから新しい予想を得るに至った。研究実施機関の変更等があったため実験装置の再構築が必要となり、予定されていた実験研究には少々の遅れがでているものの、その分理論方面での理解が進み、その一部が論文として発表されたことを鑑みて、おおむね順調に進展しているという総合的な自己評価となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画通り、新しく構築した局所詳細釣り合いの条件を組み込んだモデルと、低い自由エネルギー変化の条件下で計測したキネシンのエネルギー論の実験結果との比較検討を行う。その後、各種変異体を用いた内部散逸の理解へと発展させていく。
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| Causes of Carryover |
当初の計画では、キネシンの実験と並行して理論構築を行う予定であったが、昨年度に研究実施機関の変更があり、実験計測装置の再構築が必要となったため、実験研究の進捗にやや遅れがでている。一方で理論構築の方ではそれ以上に進んだ成果が得られたため、本年度はそちらに集中して研究を推進することとなった。理論研究にはあまり予算を必要としないため、装置改良や実験の実施に用いる予定であった使用額の使用には遅れがでてしまった。次年度は、これらの当初予定されていた装置改良や実験の実施に関わる予算として使用する。
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