2021 Fiscal Year Research-status Report
Structure formation of membranes in nonequilibrium
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21K03481
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
野口 博司 東京大学, 物性研究所, 准教授 (00514564)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 曲率誘導タンパク質 / 反応拡散波 / シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
非平衡下で生体膜がとる多様な形状変化、パターン形成を明らかにするのが本研究課題の目的である。今年度は、曲率誘導タンパク質および、その制御因子の膜への吸着、膜上の拡散が引き起こす現象について反抗拡散方程式と膜変形をカップルさせた計算を行い、膜変形を伴う反応拡散波について調べた。球面では空間的に一様な振動が起こる条件でも、曲率の高い（条件によっては低い）部位から、進行波が形成されることや、波の速度が曲率に大きく依存することなどを明らかにした。従って、膜変形により、進行波の形状が大きく変化する。また、Minタンパク質系で観測されていた周期的なベシクルの変形を再現することに成功した。また、膜チューブ上を伝播する興奮波についても計算を行い、膜変形による波の消失や波面の変形などを明らかにした。
この他に、平衡系での曲率誘導タンパク質の吸着と膜変形についての平均場理論の構築も行なった。膜面方向に等方的なタンパク質の場合、少数の大きな球状のコブと多数の小さなコブ間の一次相転移や太さの異なる膜チューブ間で一次相転移が2回起こることなどを明らかにした。また、異方的なタンパク質の場合、膜チューブ間で一次相転移が1回になることや、吸着量が最大となる曲率が、等方的なタンパク質と異なり、タンパク質濃度に依存することなどを明らかにした。これらはシミュレーション結果とも良い一致を示す。このような平衡系の理論は、非平衡ダイナミクスの理論構築の上で、重要である。
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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
当初の初年度計画の通り、膜変形と反応拡散波のカップリングについての研究を行い、概要に記述した成果を挙げた。また、計画になかった平均場理論についても成果を挙げた。
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| Strategy for Future Research Activity |
２年度は生体膜を挟む液体間で、曲率誘導タンパク質の濃度差がある場合の非平衡定常状態について、シミュレーションを行う。また、曲率誘導タンパク質に２次構造を持たないコイル状のドメインがあり、膜曲率に影響を与えることが実験的に報告されている。このようなドメインの効果をシミュレーションを用いて調べる。
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| Causes of Carryover |
学会、研究会がオンライン開催になり、旅費が不要となった。次年度の計算機などの物品購入や研究発表の旅費に使用する。
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