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非平衡物理現象としての細胞分化

研究課題

研究課題/領域番号 12J08031
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 生物物理・化学物理
研究機関東京大学

研究代表者

川口 喬吾  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
2,700千円 (直接経費: 2,700千円)
2014年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2013年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2012年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード生物物理
研究実績の概要

本年度は、血球細胞(HL60)の分化の実験を引き続き進めた。前年度までの成果により、分化を蛍光により可視化できる細胞株を作成し、一細胞レベルでの分化程度の長時間観察が可能になっている。それに加え、抗体染色による分化程度の定量により、培養細胞の密度に依存した分化レートを測定した。相互作用に関わる遺伝子を操作した血球細胞株を樹立し観察することにより、多細胞が大域的な相互作用を通じて分化を促進・抑制するマクロな現象と、細胞同士が近接相互作用を介して分化を抑制するミクロな現象を、個別にとらえることに成功した。

細胞間相互作用が分化や組織・器官の形成にどうかかわるかを調べる上では、静的な相互影響だけでなく、非平衡な集団運動の結果生じるパターンの基礎研究を進める必要がある。本年度は、血球細胞の実験と並行して、神経幹細胞の培養系についても実験の成果を得た。多数の神経幹細胞が培養皿上に作る特徴的なパターンに着目し、集団運動とネマチックな相互作用の結果として特殊な密度場の不安定性が生じることを突き止めた。

さらに、細胞質内の輸送に関わる分子モーターの最近の実験成果に動機づけられ、生体分子が協同的に働いて一方向に運動することを示す可解モデルを提案した。この単純なモデルにより、輸送に際して分子モーターが多粒子いる方が望ましい場合と、逆に2粒子で歩行する方が望ましい場合があり、それが一分子のモーターのミクロな設計原理に依存していることが示された。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2015 2014 2013 2012

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (17件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Invariance of steady-state thermodynamics between different scales of description2015

    • 著者名/発表者名
      Yohei Nakayama, Kyogo Kawaguchi
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 91 号: 1

    • DOI

      10.1103/physreve.91.012115

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Nonequilibrium dissipation-free transport in F1-ATPase and the thermodynamic role of asymmetric allosterism2014

    • 著者名/発表者名
      Kyogo Kawaguchi, Shin-ichi Sasa, and Takahiro Sagawa
    • 雑誌名

      Biophysical Journal

      巻: 106 号: 11 ページ: 2450-2457

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2014.04.034

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Invariance of steady state thermodynamics between different scales of description2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakayama and K. Kawaguchi
    • 雑誌名

      Arxiv : 12 11.3805

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [雑誌論文] Nonequilibrium dissipation-free transport in F1-ATPase and the thermo dynamic role of asymmetric allosterism2014

    • 著者名/発表者名
      K. Kawaguchi, S. -i. Sasa, and T. Sagawa
    • 雑誌名

      Arxiv : 1307.3998

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [雑誌論文] Oscillatory control of factors determining multipotency and fate in mouse neural progenitors2013

    • 著者名/発表者名
      I. Imayoshi, A. Isomura, Y. Harima, K. Kawaguchi, H. Kori, H. Miyachi, T. Fujiwara, F. Ishidate, and R. Kageyama
    • 雑誌名

      Science

      巻: 342 号: 6163 ページ: 1203-1208

    • DOI

      10.1126/science.1242366

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fluctuation theorem for hidden entropy production2013

    • 著者名/発表者名
      K. Kawaguchi and Y. Nakayama
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 88 号: 2 ページ: 22147-22151

    • DOI

      10.1103/physreve.88.022147

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fluctuation theorem for hidden entropy productionon2012

    • 著者名/発表者名
      K. Kawaguchi and Y. Nakayama
    • 雑誌名

      arxiv:1209.6333

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [雑誌論文] Second law of nonequilibrium thermodynamics at different levels of descriptions2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakayama and K. Kawaguchi
    • 雑誌名

      arxiv:1211.3805

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 神経幹細胞の集団挙動2015

    • 著者名/発表者名
      川口喬吾, 影山龍一郎, 佐野雅己
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学
    • 年月日
      2015-03-24
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Collective Motion and Active Topological Defects in Neural Stem Cell Culture2015

    • 著者名/発表者名
      Kyogo Kawaguchi, Ryoichiro Kageyama, and Masaki Sano
    • 学会等名
      Physics of Structural and Dynamical Hierarchy in Soft Matter
    • 発表場所
      Univ. of Tokyo
    • 年月日
      2015-03-03 – 2015-03-18
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Collective motion of neural stem cells2015

    • 著者名/発表者名
      Kyogo Kawaguchi, Ryoichiro Kageyama, and Masaki Sano
    • 学会等名
      2015 Winter q-bio Meeting
    • 発表場所
      Maui, Hawaii
    • 年月日
      2015-02-17 – 2015-02-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Design principles in cooperativity of molecular motors2014

    • 著者名/発表者名
      Kyogo Kawaguchi, Takayuki Torisawa, and Ken'ya Furuta
    • 学会等名
      6th iCeMS Retreat
    • 発表場所
      Miyazu Royal Hotel, Japan
    • 年月日
      2014-10-03 – 2014-10-04
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Force induced switching model for cooperative molecular motors2014

    • 著者名/発表者名
      Kyogo Kawaguchi, Takayuki Torisawa, and Ken'ya Furuta
    • 学会等名
      Tokyo ATPase Workshop
    • 発表場所
      Univ. of Tokyo
    • 年月日
      2014-06-02 – 2014-06-03
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] F1-ATPaseの現象論的モデル : 非対称な遷移ルールによる内部散逸の低減2014

    • 著者名/発表者名
      川口喬吾, 佐々真一, 沙川貴大
    • 学会等名
      日本物理学会第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学(神奈川県)
    • 年月日
      2014-03-29
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 生体分子モーターのための微小系熱力学2014

    • 著者名/発表者名
      川口喬吾
    • 学会等名
      若手研究会 : 「ゆらぎの定理 : 現在と未来」
    • 発表場所
      東京大学(東京都)
    • 年月日
      2014-03-17
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] F_1-ATPaseの現象論的モデル : 低内部散逸と非対称な遷移ルール2013

    • 著者名/発表者名
      川口喬吾, 佐々真一, 沙川貴大
    • 学会等名
      新学術領域「ゆらぎと構造の協奏」第一回領域研究会
    • 発表場所
      KKRホテル熱海(静岡県)
    • 年月日
      2013-12-25
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Nonequilibrium dissipation-free transport of F1-ATPase and the thermodynamic role of asymmetric allosterism2013

    • 著者名/発表者名
      K. Kawaguchi, S. -i. Sasa, and T. Sagawa
    • 学会等名
      日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      京都国際会館(京都府)
    • 年月日
      2013-10-30
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Increase and decrease of entropy production after reducing variables2013

    • 著者名/発表者名
      K. Kawaguchi and Y. Nakayama
    • 学会等名
      STATPHYS25
    • 発表場所
      Seoul Univ., Korea
    • 年月日
      2013-07-25
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Internal dissipation-free model for F1-ATPase2013

    • 著者名/発表者名
      K. Kawaguchi, S. -i. Sasa, and T. Sagawa
    • 学会等名
      Frontier of Statistical Physics and Information Processing
    • 発表場所
      京都大学(京都府)
    • 年月日
      2013-06-13
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 粗視化により隠れるエントロピー生成の満たす等式2013

    • 著者名/発表者名
      川口喬吾, 中山洋平
    • 学会等名
      日本物理学会年会
    • 発表場所
      広島大学 (広島県)
    • 年月日
      2013-03-28
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Fluctuation Theorem for Hidden Entropy Production2013

    • 著者名/発表者名
      Kyogo Kawaguchi and Yohei Nakayama
    • 学会等名
      Small Systems Thermodynamics (workshop)
    • 発表場所
      Nordita, Sweden
    • 年月日
      2013-03-15
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Integral Fluctuation Theorem for Hidden Entropy Production2013

    • 著者名/発表者名
      Kyogo Kawaguchi and Yohei Nakayama
    • 学会等名
      Korea Japan 2nd Joint Workshop
    • 発表場所
      高麗大学, 韓国
    • 年月日
      2013-03-04
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Integral Fluctuation Theorem for Hidden Entropy Production2012

    • 著者名/発表者名
      Kyogo Kawaguchi and Yohei Nakayama
    • 学会等名
      4th YSM-SPIP in Sendai
    • 発表場所
      東北大学 (宮城県)
    • 年月日
      2012-12-16
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 粗視化により隠れるエントロピー生成と非平衡関係式2012

    • 著者名/発表者名
      川口喬吾, 中山洋平
    • 学会等名
      森肇先生記念研究集会
    • 発表場所
      九州大学 (福岡県)
    • 年月日
      2012-11-25
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 揺動応答関係の別表式とEntropy/Frenesy対応2012

    • 著者名/発表者名
      川口喬吾
    • 学会等名
      非平衡系の物理-その普遍的理解を目指して-
    • 発表場所
      京都大学 (京都府)
    • 年月日
      2012-08-03
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2013-04-25   更新日: 2024-03-26  

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