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Characteristic phase separation dynamics guided by interfacial properties and its visualization

Research Project

Project/Area Number 20K14425
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 13040:Biophysics, chemical physics and soft matter physics-related
Research InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

Watanabe Chiho  広島大学, 統合生命科学研究科(総), 准教授 (50838076)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2023: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000)
Fiscal Year 2022: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywords高分子 / 相分離 / 脂質 / 水 / 蒸発 / 乾燥 / パターン / 蛍光顕微鏡 / パターン形成 / 濡れ / 液滴 / 高分子溶液 / 濃度 / ソフトマター / 表面・界面物性 / 高分子混雑
Outline of Research at the Start

近年、細胞中で特定のタンパク質やRNA同士が集まる「細胞内相分離」とよばれるダイナミックな不均一構造が見出され、これまでの生体膜によって仕切られた場とは異なる機能発現場として急速に着目されている。一方でこれらの細胞内相分離形成に対する生体膜の役割はほとんど未解明であった。そこで本研究は、ソフトマター物理や高分子材料工学において広く用いられてきている高分子溶液からなる液滴をモデルとして用い、細胞内相分離に対する生体膜成分の効果解明を目指す。

Outline of Final Research Achievements

In this study, we aimed to elucidate the effects of biomembrane components on the phase separation that is dynamically formed during the evaporation process using sessile droplets. First, we prepared sessile droplets consisting of an aqueous solution containing two types of polymers and observed the evaporation process under a microscope, and found that they exhibited different phase separation patterns depending on the composition and initial concentration of the polymers. When we added lipids, which are components of biological membranes, to these solutions, we found that a different pattern was observed than when no lipids were added. The distribution of each polymer and lipid was visualized by fluorescence microscopy using fluorescently modified molecules. This makes it possible to observe the distribution of each component and the phase separation process in more detail.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、近年生物学分野でも着目されている相分離現象について、古典的かつ単純な系である固着液滴を用いて、細胞の必須構成分子である脂質の相分離に対する効果を明らかにしようとした。実験から、脂質の添加は、脂質無しの場合に比べ、蒸発にともなう相分離パターンが大きく変化しうることが見出された。これらの結果は、細胞内で起こる相分離現象に対しても脂質分子が関わりうることを間接的に示唆すると考える。それゆえ、物質の側面からの生物現象の理解に対する一つの視点を提供しうるという意義があると考えている。

Report

(5 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (9 results) (of which Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Cell-Sized Confinement Initiates Phase Separation of Polymer Blends and Promotes Fractionation upon Competitive Membrane Wetting2022

    • Author(s)
      Watanabe Chiho、Furuki Tomohiro、Kanakubo Yuki、Kanie Fumiya、Koyanagi Keisuke、Takeshita Jun、Yanagisawa Miho
    • Journal Title

      ACS Materials Letters

      Volume: 4 Issue: 9 Pages: 1742-1748

    • DOI

      10.1021/acsmaterialslett.2c00404

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Evaporation Patterns of Dextran?Poly(Ethylene Glycol) Droplets with Changes in Wettability and Compatibility2022

    • Author(s)
      Watanabe Chiho、Yanagisawa Miho
    • Journal Title

      Life

      Volume: 12 Issue: 3 Pages: 373-373

    • DOI

      10.3390/life12030373

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 高分子-脂質固着液滴の蒸発にともなうパターン形成2024

    • Author(s)
      渡邊千穂
    • Organizer
      定量生物学の会 第十一回年会
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  • [Presentation] in vitro系における液滴形成2023

    • Author(s)
      渡邊千穂
    • Organizer
      第46回日本分子生物学会年会
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      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 脂質添加高分子固着液滴の乾燥にともなう相分離2023

    • Author(s)
      渡邊千穂
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      日本物理学会2023年春季大会
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  • [Presentation] in vitro 細胞モデルを用いた相分離の解析2022

    • Author(s)
      渡邊千穂
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会年会
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  • [Presentation] ポリエチレングリコール乾燥液滴の外部刺激による結晶化2022

    • Author(s)
      渡邊千穂
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      日本物理学会 2022年秋季大会
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  • [Presentation] PEG/Dextran水溶液からなる固着液滴の乾燥と相分離によるパターン形成2022

    • Author(s)
      渡邊千穂
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      日本物理学会第77回年次大会
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  • [Presentation] 固着高分子液滴の乾燥と相分離にともなうパターン形成2021

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      渡邊千穂
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      日本物理学会 2021年秋季大会
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  • [Presentation] 乾燥にともなう高分子溶液の相分離過程2021

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      渡邊千穂
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      日本物理学会第76回年次大会
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  • [Presentation] 乾燥にともなう高分子溶液の相分離ダイナミクス2020

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      渡邊千穂
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      第19回 関東ソフトマター研究会
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  • [Remarks] 広島大学 研究者総覧

    • URL

      https://seeds.office.hiroshima-u.ac.jp/profile/ja.e93aeb295c335d52520e17560c007669.html

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      2022 Research-status Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2025-01-30  

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