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2011 Fiscal Year Annual Research Report

生体膜の膜融合ダイナミクス

Publicly Offered Research

Project AreaMolecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
Project/Area Number 23107709
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

野口 博司  東京大学, 物性研究所, 准教授 (00514564)

Keywordsソフトマター物理 / 生物物理 / シミュレーション
Research Abstract

生体膜の融合、分裂は生命活動の多くの過程(細胞でのベシクルによる膜動輸送、シナプスでの神経伝達物質の放出、ウイルスの感染など)で起こる素過程であり、その融合経路を明らかにすることは生物物理学として非常に重要である。本研究では分子シミュレーションを用いて、膜融合を起こす条件とその融合経路とダイナミクスを研究する。
本年度は、本研究者がこれまでに開発した粗視化脂質分子模型を用いて、膜の曲げ弾性、単分子膜の自発曲率など、生体膜の性質に膜融合がどのように依存するかを研究した。最近、申請者が構築した新しい脂質分子模型を本研究に用いた。この模型では膜の曲げ弾性と単分子膜の自発曲率などを自由に変化さることができる。レーザーピンセットを模したコロイド粒子の挟み込みによる膜融合では、条件によって、中間体hemifusion diaphragmを経るか、もしくは中間体を経ずに融合する。そこで、この膜融合中間体hemifusion diaphragmに注目し、その安定性を詳しく調べた。hemifusion diaphragmには膜の分岐構造が見られるが、この分岐の形成に必要なフリーエネルギーをシミュレーションで見積もる手法を開発した。六方格子状に膜を張り、圧力テンソルの奥行き方向と多方向との値の差から線聴力として求めることができる。また、理論模型によってもフリーエネルギーを解析し、シミュレーションで得られた値と良い一致をすることを示した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

初年度にもかかわらず、膜融合における重要な中間体であるhemifusion diaphragmのフリーエネルギーの値の見積に成功している。

Strategy for Future Research Activity

まず、2成分の脂質からなるベシクルにおいて、相分離による膜の分裂について調べる。2相の境界線での張力と各相での膜端の張力の比によって、亀裂の起こる場所が変わることが予想される。これらの張力を調整することで分裂の経路を制御することができる可能性がある。
また、単成分膜において、膜の曲げ弾性、単分子膜の自発曲率などを膜の性質を幅広く変えるとともに、膜融合タンパク質模型を構築し、その融合機構を調べる。

  • Research Products

    (7 results)

All 2012 2011

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] Line tension of branching junctions of bilayer membranes2012

    • Author(s)
      H.Noguchi
    • Journal Title

      Soft Matter

      Volume: 8 Pages: 3146-3153

    • DOI

      10.1039/C2SM06943A

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 分子シミュレーション研究会学術賞受賞寄稿「生体膜の粗視化シミュレーション」2012

    • Author(s)
      野口博司
    • Journal Title

      アンサンブル

      Volume: 14 Pages: 1-4

  • [Presentation] 生体膜の粗視化シミュレーション2012

    • Author(s)
      野口博司
    • Organizer
      スーパーコンピュータワークショップ2012
    • Place of Presentation
      分子研究所(愛知県)(招待講演)
    • Year and Date
      2012-01-24
  • [Presentation] 学術賞受賞講演「生体膜の粗視化シミュレーション」2011

    • Author(s)
      野口博司
    • Organizer
      第25回分子シミュレーション討論会
    • Place of Presentation
      東京工業大学(東京)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-12-06
  • [Presentation] 膜融合のシミュレーション2011

    • Author(s)
      野口博司
    • Organizer
      揺らぎと生体機能A03班班会議
    • Place of Presentation
      休暇村近江八幡(滋賀県)
    • Year and Date
      2011-11-03
  • [Presentation] Dynamics of biomembranes in nano- to micro-meter scales2011

    • Author(s)
      H.Noguchi
    • Organizer
      the 7th Congress of the International Society for Theoretical Chemical Physics (ISTCP-VII)
    • Place of Presentation
      早稲田大学(東京)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-09-03
  • [Presentation] 粗視化分子模型による脂質膜のシミュレーション2011

    • Author(s)
      野口博司
    • Organizer
      新学術領域「揺らぎと生体機能」合同班会議
    • Place of Presentation
      ゆうばりホテルシューパロ(北海道)
    • Year and Date
      2011-06-29

URL: 

Published: 2013-06-26  

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