Structure formation of membranes in nonequilibrium

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K03481
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13040:Biophysics, chemical physics and soft matter physics-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Noguchi Hiroshi 東京大学, 物性研究所, 准教授 (00514564)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 生物物理 / ソフトマター / 生体膜 / 曲率誘導タンパク質 / シミュレーション

Outline of Final Research Achievements

Shape transformations of biomembranes were studied by using theory and simulations. We clarified (1) reaction waves and membrane deformation in reaction-diffusion dynamics on membranes, (2) binding equilibrium of several types of curvature-inducing proteins using mean-field theory, (3) membrane tubulation induced by curvature-inducing proteins consisting of chiral crescent binding and intrinsically disordered domains, (4) domain formation by protein binding onto both membrane surfaces, and (5) conformation of ultra-long-chain fatty acids in bilayer membranes.

Free Research Field

ソフトマター物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

細胞内の生命活動における静的や動的な膜構造はタンパク質によって制御されている。これらのタンパク質の欠損は細胞小器官の構造異常や細胞機能不全につながり、その機能を理解することは非常に重要である。しかし、生体内は非平衡状態であり、その制御機構は多くのことがよく理解されていない。本研究では曲率誘導タンパク質がどのように生体膜と相互作用し、反応拡散波など動的構造を制御しているかについて重要な知見を明らかにした。