2014 Fiscal Year Annual Research Report
細胞運動における細胞レオロジーと応力場のクロストーク
Publicly Offered Research
| Project Area | Cross-talk between moving cells and microenvironment as a basis of emerging order in multicellular systems |
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| Project/Area Number |
25111726
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
中垣 俊之 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (70300887)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 計算物理 / 生体生命情報学 / 生物物理学 / 細胞、組織 / アクティブソフトマター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞原形質のレオロジー特性、とくに応力付加に対する応答性を実験的に明らかにするために、原形質の主たる構成タンパク質であるアクチン分子の集団挙動を、ズリ流れ下で観察した。一本一本のFアクチン分子を蛍光標識して可視化し、レーザー共焦点顕微鏡で単一分子レベルの挙動を動画像観察しながらズリを負荷した。Fアクチン溶液がシアバンド性を示すことをすでに発見しているが、本研究でその集団的分子構造すなわち紐状分子の絡み合いの変化とずり方向への配向度を測定できた。これにより、統計力学的な見地から応力について考察した。
また、粘菌変形体アメーバ運動時に発生する基質面への力学張力を可視化することに成功し、その時のアクチン分子の状態を蛍光染色と全方位複屈折顕微鏡で観察することができた。これにより粘菌アメーバ運動の力学機構の理解が進んだ（J. Royal. Soc. Interfaceにて誌上発表済み）。
粘菌の管ネットワーク形成において、閉じ込められた空間から這い出るとき、多様な空間形状に適応した効率的排出輸送流路ネットワークを作ることを発見し、その輸送性能を定量的に評価できた。さらにその力学機構を理解するための数理モデルを構築した。
粘菌の走性発現の方向決定における、外部摂動の効果を実験的に検証し、同一刺激に対する行動でさえも異なる様式が現れること、刺激の複合化よって行動パタンの多様性が増すこと、を見いだした。その力学機構を、反応拡散方程式モデルに基づいて提案できた（投稿準備中）。
加えて、繊毛虫の細胞運動において、キャピラリー空間から逃げ出るような適応行動の創発現象や、狭い空間の大きさを学習すること、を発見し、その仕組みを細胞膜電位の基本方程式（ホジキンハクスレー型方程式）の挙動から解明できた（一部はFrontiers in Microbiologyにて誌上発表済、一部は投稿準備中）。
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| Research Progress Status |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Remarks |
アウトリーチ活動として、一般向け実験キットの上市（株式会社ケニス「粘菌の特性実験セット」監修）、北海道高校生物教師の研修会講師（２回）、高校での講演（４回）、市民大学講演（２回）等を実施したほか、テレビ報道（NHK教育「凄ワザ」、テレビ朝日「ビートたけしのTVタックル」）や新聞・雑誌報道（６件）があった。
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Research Products
(10 results)
