Development of computational methods to investigate the clustering dynamics of membrane proteins in heterogeneous biological membranes

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K14432
• 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: Keio University
• Principal Investigator: Yamamoto Eiji 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (00779340)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 不均一場 / 生体膜 / メゾスケール / 反応拡散方程式 / ブラウン動力学法

Outline of Final Research Achievements

In biological membranes, specific lipids and proteins, which are important for maintaining cellular functions, assemble and make dynamical and heterogeneous domains with a size of 10-200 nm. In this study, we developed a two-dimensional mesoscale simulation method that combines the reaction-diffusion equation and Brownian dynamics and clarified the effect of heterogeneity on the molecular behavior in the field.

Free Research Field

生物物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では生体膜における場の不均一性の影響が顕著になる時空間スケールの現象をシミュレーションできる手法の開発を行うことで，生体分子挙動を扱える分子動力学シミュレーションと一分子計測実験の時空間分解能が交差するメゾスケールの現象を扱うことが可能となったことには学術的意義がある．今後，生体膜におけるタンパク質相互作用の破綻により生じる病理の解明に繋がることが期待されるため，社会的意義がある．