2018 Fiscal Year Research-status Report
場の3D大変形と反応拡散が織りなす新奇の自己組織化現象：マクロ飲作用を題材として
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18K13514
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
斉藤 稔 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (20726236)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 自己組織化現象 / 3次元膜変形 / フェイズフィールド法 / マクロピノサイトーシス / エンドサイトーシス / 反応拡散系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
一細胞が示す細胞変形動態では、分子の反応・拡散が起こる「場」（細胞膜） そのものが変形し、その変形が分子の反応・拡散に影響を及ぼす。このフィードバックループから生まれる自己組織化現象を理解するために、３次元的な膜の陥入現象であるマクロ飲作用に注目し数理的解析を行うことが本研究の目的である。
本年度はまず、変形する細胞膜上の反応拡散現象と、膜の変形やそれに伴う移流項の効果を取り入れたフェイズフィールド法の開発を行った。一方、細胞性粘菌の実験からマクロ飲作用が開始する前後では膜変形に伴いPIP3, Ras, Rac1などが局在した円形のスポットパターンが形成され、そのスポットの縁部分でアクチン重合が促進されることが知られている。この局在パターンを示すようなシグナル伝達経路の化学反応モデルとして、二変数からなる単純な反応拡散モデルを構築した。さらにスポットの縁部分で膜伸長が起こることを取り入れた上で、前述のフェイズフィールド法と組み合わせることにより、マクロ飲作用をシミュレーションにより再現することが可能となった。ミオシンによる収縮力や曲率を持った分子の集合などを仮定しなくても、シグナル分子の反応・拡散とアクチン重合による膜に垂直な力の発生だけでマクロ飲作用を記述できるというのは重要な発見である。パラメータを変化させた時の数理モデルの挙動と報告されている実験観測などを比較し、論文にまとめる予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
マクロ飲作用の基礎方程式の骨子は出来上がっており、計画以上に進展していると言える
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| Strategy for Future Research Activity |
現状のモデルでは、実験で報告されているマクロ飲作用のカップ構造の分裂の再現が十分とは言えない。膜の硬さが時空間的に変化しうることなどを考慮し、この部分を改良できないか検討する。
モデル構築は順調に進み、定性的には実験で観測されているマクロ飲作用に似た振る舞いをシミュレーションにより再現できつつある。しかしシミュレーションと実験を定量的に比較することが困難となっている。これは三次元の形を定量化する一般的な処方箋がないことに起因するが、今後はこの問題を解決できないか検討する。
また提案モデルにより、細胞性粘菌以外の様々なマクロ飲作用のパターンを記述できるか検証を行う。
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| Causes of Carryover |
論文投稿が2019年度に持ち越してしまったため、予定していた英文校閲費、投稿料などの費用が掛からなかった。昨年度に出す予定であった論文は今年度中に出版する予定であるので、繰り越した予算分を英文校閲費、投稿料に当てる。2019年度に請求した予算は予定通り使用する。
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