2014 Fiscal Year Annual Research Report
階層性と頑健性をもつ生命動態システムの解析基盤構築
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25287105
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
小松崎 民樹 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (30270549)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
李 振風 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (90397795)
寺本 央 北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (90463728)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 相空間幾何学 / 化学反応理論 / 1分子計測 / エネルギー地形 / 状態遷移ネットワーク / カオス / データ駆動型モデリング / 時空間階層 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
リー正準変換摂動理論は力学系の平衡点の周りでその力学系を単純化し、平衡点周りでの力学系の挙動を調べる理論であり、振動子の同期現象から天体力学、化学反応動力学に至るまでさまざまな応用がなされている。その摂動理論の取り扱いが可能となる領域を広げる方法論を新規に開発することに成功した。平衡点から大きく外れるような大振幅運動等への応用が期待されている。
2次元コロイド流体中の１コロイド粒子を光ピンセットで固定し、残りのコロイド流体を一方向に引きずると、その固定されたコロイド粒子が障害となり、その粒子の周りでコロイド流体の流れが乱される。実験技術の進歩により、そのようなマイクロスケールの摂動を系に加え、その摂動に対する系の応答をリアルタイムで観測できるようになってきた。観測されたコロイド流体の画像から速度ベクトルを抽出し、力学的な骨格構造を抽出し、その摂動に対するコロイド粒子の集団的な応答およびそれに伴う過渡的なコロイドの六方晶構造の生成と崩壊の動力学を解析した。その結果、コロイド流体が作るその骨格構造が六方晶構造の生成と崩壊に強く関与していることを示すことに成功した。
1分子レベルでの動態を定量化する1分子蛍光観察は1分子酵素反応における分子個性を評価するうえでも重要な方法論のひとつである。1分子蛍光データを解析する際に重要なことは如何に計測誤差・有限サンプリングによる誤差に由来するアーティファクトを除去するかにある。ファジークラスタリング理論を用いて、誤差を評価しつつ背後に存在する自由エネルギー地形を客観的に抽出する方法論を開発した。AMPA受容体におけるアゴニスト結合ドメインと基質との相互作用の1分子蛍光時系列データに適用し、自由エネルギー地形と情報伝達の活性化と非活性化の関係を明らかにした。
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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
基礎研究・応用研究ともに計画通りであり、順調に進展しており論文も着実に発表できた。また、当初計画に入っていなかった学外の実験研究者との共同研究もScientific Reports,Journal of Chemical Physics Letterなどに発表することができて、当初の計画以上に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
基礎研究では、法双曲的不変多様体の崩壊を伴う反応座標と非反応座標の交替現象の実験的に検証可能性を検討するとともに、グラフクラスタリングの手法を用いて、反応性軌道が必ず通過しなければならない相空間上の反応チューブ多様体を構成する非摂動論的方法論を開拓する。応用研究では、これまで開発してきたRate-distortion理論に基づくソフトクラスタリングの手法を1細胞ラマンスペクトルの分子データ科学へ展開し、細胞個性の定量化を試みる。これまでに一分子計測からネットワークを抽出する方法論を開発することに成功した。今後は、多重な反応経路を考慮に入れた複雑ネットワークにおける遷移状態の定式化を行う。
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| Causes of Carryover |
当初、博士研究員として雇用する予定をしていた方が海外の研究機関に就いたため、他に当該研究を遂行するうえで適任な研究者を慎重に審査を進めてきたが、今年度、着任可能な適任者が見つからなかった。人選の過程で英国Warvick大学の応用数学者である人物を第一候補として当該研究課題の基礎研究を展開するうえで最適である人材が次年度であれば着任できることが判明した。そのため、本人の意思を確認したうえで、次年度に使用することを決定した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当該研究を短期間で推進することが可能な選別された博士研究員の雇用に充当することを計画している。
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[Presentation] Temperature Dependence of Molecular Motor2014
Author(s)
Yuji Tamiya, Chun-Biu Li, Rikiya Watanabe, Hiroyuki Noji, Tamiki Komatsuzaki
Organizer
The 15th Ries-Hokudai International Symposium 響[hibiki]
Place of Presentation
CHATERAISE Gateaux Kingdom SAPPORO（北海道札幌市）
Year and Date
2014-12-16 – 2014-12-16
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[Presentation] 分子個性と少数性2014
Author(s)
小松崎 民樹
Organizer
第52回日本生物物理学会年会
Place of Presentation
札幌コンベンションセンター（北海道札幌市）
Year and Date
2014-09-26 – 2014-09-26
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