Active matter physics of cell migration and collective motion

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K14673
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 13040:Biophysics, chemical physics and soft matter physics-related
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Tarama Mitsusuke 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (90756834)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: アクティブマター / 細胞運動 / 細胞骨格 / 自己組織化 / 協同現象

Outline of Final Research Achievements

We have investigated the mechanism behind the pattern formation of cytoskeleton and cells. In particular, we have applied a coarse-grained molecular dynamics model to the nano-scale structures of actin and obtained quantitatively comparable structures to those found in the experiment. From the simulation results, we proposed a possible mechanism behind the transition among these structures during the development. In addition, we revealed the origin of the dynamic meshwork structure of cells found in early embryo by using an agent-based cell mechanical model. We found that the cell deformation and the cell-cell adhesion play central roles in the formation of the meshwork structure and the cell migration changes the structure dynamic.

Free Research Field

非平衡物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

細胞骨格が自己組織化するメソスケールの高次構造は、そのスケールゆえにミクロなモデルを愚直にスケールアップすることでは到達困難である。我々は、ある程度粗視化した分子動力学モデルを用いることで、ミクロな分子情報を直接的なパラメタとしたシミュレーションにより実験結果を定量的に再現する手法の開発に成功した。細胞集団の研究では本質を残して簡単化したマクロなモデルにより、集団運動と構造形成とを両立させるメカニズムを解明した。これらの研究は今後、生命現象の背後に潜む様々な自己組織化構造の形成原理を解明することに繋がる成果である。