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2013 Fiscal Year Annual Research Report

ミクロ小胞内DNAの分子挙動と微小空間特性

Publicly Offered Research

Project AreaSpying minority in biological phenomena -Toward bridging dynamics between individual and ensemble processes-
Project/Area Number 24115505
Research InstitutionJapan Advanced Institute of Science and Technology

Principal Investigator

濱田 勉  北陸先端科学技術大学院大学, マテリアルサイエンス研究科, 准教授 (40432140)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2014-03-31
KeywordsDNA高次構造 / 微小空間 / 脂質膜 / 表面効果
Research Abstract

細胞内の代表的な少数性分子であるDNAの振る舞いの理解は、有限個数の分子から成る細胞システムの特性を解明するための重要な課題である。我々は、細胞サイズの単分子膜油中液滴(膜小胞)を用いて、細胞モデル空間を作り出し、小胞内でのDNA分子挙動を解析した。小胞の空間サイズに依存して、DNAが膜に特異的に吸着し、unfoldingすることを見出した。さらに、小胞内のDNA分子および多価カチオンの自由エネルギーを定式化し、物理メカニズムを明らかにした。これは、微小空間に閉じ込められた有限個数の分子システムの挙動が、小胞空間サイズに依存して変化することを示している。
また、細胞の再構成実験の器となる細胞サイズリポソームの形成メカニズムの解明に取り組んだ。油中液滴がリポソームへ移行するダイナミクスの詳細を検討し、実験と理論の両面から移行メカニズムを明らかにした。細胞サイズの約10μmという大きさが、液滴からリポソームへの移行に最も効率が良いという興味深い知見が得られた。この成果は、Soft Matter誌の表紙を飾った。
また近年、細胞内において分子群が協同的に凝集体(相分離構造)を形成することが報告されている。そこで、このような相分離する分子系を人工合成し、細胞モデル空間におけるシステム挙動の解析を行った。分子系として、温度応答性を持つPEG化合物を用いた。ある温度以上でマイクロサイズの分子凝集体を発生することを確認し、細胞サイズの油中水滴に内封した。発生した凝集体は温度上昇に伴い徐々に大きくなり、水滴内の中心部から膜界面に向かって移動する現象を見出した。

Current Status of Research Progress
Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (18 results)

All 2014 2013

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (13 results) (of which Invited: 7 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Endo- and Exocytic Budding Transformation of Slow-Diffusing Membrane Domains Induced by Alzheimer’s Amyloid Beta2014

    • Author(s)
      Masamune Morita, Tsutomu Hamada, Mun'delanji C. Vestergaard, Masahiro Takagi
    • Journal Title

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      Volume: 16 Pages: 8773-8777

    • DOI

      10.1039/C4CP00434E

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 人工細胞システムの創成と構造制御2014

    • Author(s)
      濱田勉、市川正敏
    • Journal Title

      生化学

      Volume: 86 Pages: 209-213

  • [Journal Article] Membrane fusion and vesicular transformation induced by Alzheimer's Amyloid beta2013

    • Author(s)
      Mun'delanji C. Vestergaard, Masamune Morita, Tsutomu Hamada, Masahiro Takagi
    • Journal Title

      Biochim. Biophys. Acta, Biomembr.

      Volume: 1828 Pages: 1314-1321

    • DOI

      10.1016/j.bbamem.2013.01.015

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dynamical formation of lipid bilayer vesicles from lipid-coated droplets across a planar monolayer at an oil/water interface2013

    • Author(s)
      Hiroaki Ito, Toru Yamanaka, Shou Kato, Tsutomu Hamada, Masahiro Takagi, Masatoshi Ichikawa and Kenichi Yoshikawa
    • Journal Title

      Soft Matter

      Volume: 9 Pages: 9539-9547

    • DOI

      10.1039/C3SM51766G

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 細胞モデル膜小胞の時空間ダイナミクスと機能制御2014

    • Author(s)
      濱田勉
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学
    • Year and Date
      20140328-20140328
    • Invited
  • [Presentation] ベシクルの複合化挙動と非平衡細胞モデルへの展開2013

    • Author(s)
      濱田勉
    • Organizer
      新学術領域「ゆらぎと構造の協奏」第一回領域研究会
    • Place of Presentation
      KKRホテル熱海(静岡県)
    • Year and Date
      20131226-20131226
  • [Presentation] 分子反応系とカップルしたベシクル変形運動2013

    • Author(s)
      石井健郎, 河崎俊一, 村岡貴博, 金原数, 濱田勉
    • Organizer
      新学術領域「ゆらぎと構造の協奏」第一回領域研究会
    • Place of Presentation
      KKRホテル熱海(静岡県)
    • Year and Date
      20131226-20131226
  • [Presentation] Artificial lipid vesicles with cellular functions2013

    • Author(s)
      濱田勉
    • Organizer
      国立遺伝学研究所 セミナー
    • Place of Presentation
      国立遺伝学研究所(静岡県)
    • Year and Date
      20131114-20131114
  • [Presentation] Organization and manipulation of a biomimetic soft interface2013

    • Author(s)
      Tsutomu Hamada
    • Organizer
      International Symposium on Advanced Materials Science 2013
    • Place of Presentation
      北陸先端科学技術大学院大学(石川県)
    • Year and Date
      20131017-20131017
    • Invited
  • [Presentation] ミクロ小胞空間に拘束されたDNAの分子挙動2013

    • Author(s)
      濱田勉
    • Organizer
      日本物理学会2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学
    • Year and Date
      20130928-20130928
  • [Presentation] Membrane lateral heterogeneity mediates the partitioning of nanocolloids in a size-dependent manner2013

    • Author(s)
      Tsutomu Hamada
    • Organizer
      International Workshop "From Soft Matter to Protocell"
    • Place of Presentation
      東北大学
    • Year and Date
      20130920-20130920
    • Invited
  • [Presentation] 人工細胞の創出に向けた脂質膜インターフェース設計2013

    • Author(s)
      濱田勉
    • Organizer
      第64回コロイドおよび界面化学討論会
    • Place of Presentation
      名古屋工業大学
    • Year and Date
      20130918-20130918
    • Invited
  • [Presentation] 人工細胞の設計 -細胞の動的機能を人工的に創り出す-2013

    • Author(s)
      濱田勉
    • Organizer
      バイオ・高分子研究会
    • Place of Presentation
      山中温泉(石川県)
    • Year and Date
      20130914-20130914
    • Invited
  • [Presentation] 膜機能システムの人工構築2013

    • Author(s)
      濱田勉
    • Organizer
      第86回日本生化学会大会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜
    • Year and Date
      20130913-20130913
    • Invited
  • [Presentation] 膜の動態システムを設計する2013

    • Author(s)
      濱田勉
    • Organizer
      サントリー生命科学財団・生物有機科学研究所 シンポジウム「生体膜における生命現象解明の新展開」
    • Place of Presentation
      サントリー生物有機科学研究所(大阪府)
    • Year and Date
      20130717-20130717
    • Invited
  • [Presentation] 複合ソフトマター系としての細胞モデル実験2013

    • Author(s)
      濱田勉
    • Organizer
      東北大学大学院理学研究科物理学専攻 セミナー
    • Place of Presentation
      東北大学
    • Year and Date
      20130710-20130710
  • [Presentation] 人工細胞システム-生体分子で創る動的マイクロ・ナノ空間2013

    • Author(s)
      濱田勉
    • Organizer
      名古屋大学「マイクロ・ナノシステム工学特別講義」
    • Place of Presentation
      名古屋大学
    • Year and Date
      20130709-20130709
  • [Book] Metabolic syndrome and neurological disorders2013

    • Author(s)
      Mun'delanji C. Vestergaard, Masamune Morita, Tsutomu Hamada, and Masahiro Takagi
    • Total Pages
      576(451-455)
    • Publisher
      Wiley

URL: 

Published: 2015-05-28  

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