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Analysis of persistence of a filament driven by molecular motors

Research Project

Project/Area Number 18J11160
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Biological physics/Chemical physics/Soft matter physics
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

品川 遼太  東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2018-04-25 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2019: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywordsアクティブマター / 相転移 / パーコレーション / 分子モーター / パターン形成
Outline of Annual Research Achievements

ガラス基板上に分子モーターを一様に配置し、多量のタンパク質フィラメントと ATP を添加すると、分子モーターに駆動されたフィラメントが動的な渦構造を形成する。本年度は渦構造がフィラメント間の相互作用のみによって形成されるものであると考え、第一に、各フィラメントを長さを持つ自己駆動体としたモデルを用いたシミュレーション解析を行った。本研究のモデルにはパラメータが3つ存在する。系のサイズ、自己駆動体の長さおよび密度である。本研究のモデルでは渦構造は再現されなかった。しかし、系のサイズを様々に変えて計算を行った結果、駆動体密度の変化に応じてパーコレーション転移が見られることがわかった。また、パーコレーション理論の手法から、転移における臨界密度および臨界指数を求めた。その結果、臨界指数は自己駆動体の長さに依らず、一般の二次元サイトパーコレーションで見られる臨界指数と同じ値になることがわかった。一方、臨界密度は長さが長くなることで下がることがわかった。これらの結果を7月に国際会議にて発表した。
次に、自己駆動粒子モデルで見られるマクロな状態をパーコレーションの観点から調べた。調べたモデルは、互いに配向(進行方向の向きを揃える)相互作用する自己駆動粒子モデルである。モデルのパラメータは系のサイズを除けば密度、相互作用強度の2つである。シミュレーションの結果、相互作用の強弱に応じて、系には3つのマクロな状態が存在することがわかった。相互作用強度が小さい場合、各粒子はランダムな運動をする。強度を大きくすると、粒子集団はクラスタを形成し、クラスタ領域と周りをランダムに動く粒子の領域に分かれた状態になる。強度をさらに大きくすると、クラスタ領域の進行方向が揃い、その形状が帯になる。粒子がランダムに動く状態でのみ、パーコレーション転移が存在し、それ以外の領域では転移が見られないことを明らかにした。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2019 2018

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Enhanced Diffusion in a Model of Molecular Motors with Potential Switching2019

    • Author(s)
      Ryota Shinagawa and Kazuo Sasaki
    • Journal Title

      Fluctuation and Noise Letters

      Volume: 18 Issue: 02 Pages: 1940005-1940005

    • DOI

      10.1142/s0219477519400054

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Model of collective motion of filaments crawling on a surface2019

    • Author(s)
      Ryota Shinagawa, Kazuo Sasaki
    • Organizer
      STATPHYS 27
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 有限な長さを持つ自己駆動系による微小管集団運動のシミュレーション2019

    • Author(s)
      品川遼太,佐々木一夫
    • Organizer
      日本物理学会第74回年次大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Enhanced diffusion in a model of molecular motors with potential switching2018

    • Author(s)
      Ryota Shinagawa and Kazuo Sasaki
    • Organizer
      8th International Conference on Unsolved Problems on Noise
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 微小管の滑り運動における進行方向の長時間シミュレーション2018

    • Author(s)
      品川遼太,佐々木一夫
    • Organizer
      第56回日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

URL: 

Published: 2018-05-01   Modified: 2024-03-26  

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