2021 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 – 2023-03-31
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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。令和2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、さらに本課題と並行して得られていた外力ゆらぎによるキネシンの運動の応答の実験結果についても本課題で得られた数理モデルを適用して検証を行ってきた。令和3年度は、そのモデルを野生型キネシンだけでなく、キネシンの変異体、特に片方の頭部のみに変異を加えたヘテロ変異体で得られた実験結果にも適用すべく、理論の拡張を行った。その結果、これまでは一つのジャンプする質点として捉えていたキネシンの運動を、両足が交互に踏み出すモデルへと拡張できた。この新しいキネシン数理モデルは数値シミュレーションによってヘテロ変異体での負荷と速度の関係は再現できたが、外力ゆらぎへの応答や、非平衡散逸の変異体を用いた実験結果を正しく予言できるかどうかが今後の課題となっている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究は、実験と理論の両面から進める予定であったが、理論の方は順調に拡張が進んでいるものの、実験結果とのすり合わせに関しては、コロナ禍の影響もあり遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、ヘテロ変異体へと適用可能としたキネシンのモデルをさらに洗練させる。そのためには変異体を用いた新しい実験結果を再現できるかどうかが鍵となるため、その1分子計測系の確立と計測を推進していく。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍の影響によりキネシンの1分子計測実験が予定通り進まなかったため、未使用額が生じた。この未使用額については令和4年度の1分子計測実験に用いる実験試薬や光学機器の購入費、および研究補佐員の雇用経費として使用する。
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