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非対称粘性下におけるモデル生体膜の変形機構

研究課題

研究課題/領域番号 23840031
研究種目

研究活動スタート支援

配分区分補助金
研究分野 生物物理・化学物理
研究機関九州大学

研究代表者

柳澤 実穂  九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (50555802)

研究期間 (年度) 2011-08-24 – 2013-03-31
研究課題ステータス 採択後辞退 (2012年度)
配分額 *注記
2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2012年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2011年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワード非平衡物理学 / モデル生体膜 / 生物物理学 / ソフトマター / ベシクル / 粘弾性 / 生体高分子
研究概要

細胞は、絶えず外界と膜を介した物質やエネルギーのやりとりを行いながら、生命活動を維持している。それゆえ、非平衡条件下での膜系の構造と物性を理解することは、生命を物理的に理解する上で必要だといえる。近年、細胞膜の基礎となる脂質2分子膜小胞(ベシクル)に、細胞膜の持つ構造的特徴や細胞内外の環境因子をボトムアップ的に付与し、それに応じた構造や形の変化を解析することが可能となってきている。実際に我々は、膜タンパク質モデルとして高分子結合型脂質を添加すると細胞の脂質ラフトのようなナノドメインが安定して形成されること(Yanagisawa et al., 2012 Softmatter)や、光応答性脂質を添加したベシクルに光照射すると膜組成に応じた崩壊が生じること(Diguet, et al, ら 2012 J.Am.Chem.Soc.)、蛋白質発現系をベシクルに封入すると遺伝子発現が膜によって加速されること(Kato et al, 2012 Sci.Rep.)などをこれまでに報告してきている。
こうした研究の流れを発展させて、本研究では細胞内外が異なる粘性流体で占められている点に注目し、それをベシクルで再現した上で、膜内外の粘性の違いが膜の物性や変形へ及ぼす影響を解析した。初めに、高粘性であるゼラチンとPEG (polyethylene glycol)を溶解した2成分高分子水溶液をベシクル内に封入し、内部構造形成に伴う膜変形を観察した。この系は、水溶液中では温度低下に伴ってマクロに2相分離するが(論文投稿中)、ベシクル内では膜との相互作用によって、膜変形と相分離がカップルした新規な非平衡パターンを示すことを見出した(第67回日本物理学会年次大会にて発表)。また細胞のように、膜直下を高分子ゲル、内部をゾルで覆われたパターンも見られている。以上の結果は、細胞がどのように内部構造と形を共に制御しているのか、という機構を理解する上で重要な結果であると言える。

報告書

(1件)
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (6件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Micro-segregation induced by bulky-head lipids : formation of characteristic patterns in a giant vesicle2012

    • 著者名/発表者名
      M.Yanagisawa, N.Shimokawa, M.Ichikawa, K.Yoshikawa
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: 8 号: 2 ページ: 488-495

    • DOI

      10.1039/c1sm06381b

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cell-Sized confinement in microspheres accelerates the reaction of gene expression2012

    • 著者名/発表者名
      Kato A, Yanagisawa M, Sato YT, Fuiiwara K, Yoshikawa K
    • 雑誌名

      Scientific Report

      巻: 2 号: 1 ページ: 283-283

    • DOI

      10.1038/srep00283

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] UV-Induced Bursting of Cell-Sized Multi-Component Lipid Vesicles in a Photosensitive Surfactant Solution2012

    • 著者名/発表者名
      A,Diguet, M.Yanagisawa, Y-J.Liu, E.Brun, S.Abadie, S.Rudiuk, D.Baigl
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 134 号: 10 ページ: 4898-904

    • DOI

      10.1021/ja211664f

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ゼラチン・ポリエチレングリコール・水系の相挙動2012

    • 著者名/発表者名
      山下祐太朗, 柳澤実穂, 向井貞篤, 安中雅彦, 鴇田昌之
    • 学会等名
      第67回日本物理学会年次大会
    • 発表場所
      関西学院大学
    • 年月日
      2012-03-27
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 多成分ベシクルにおける相分離と膜変形とのカップリング・ダイナミクス2012

    • 著者名/発表者名
      柳澤実穂
    • 学会等名
      第67回日本物理学会年次大会
    • 発表場所
      関西学院大学(招待講演)
    • 年月日
      2012-03-25
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 多成分ベシクルにおける側鎖高分子結合型脂質によるミクロ相分離現象2011

    • 著者名/発表者名
      柳澤実穂、下川直史、市川正敏、吉川研一
    • 学会等名
      第117回日本物理学会九州支部例会
    • 発表場所
      佐賀大学本庄キャンパス
    • 年月日
      2011-12-03
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Controlling the Orientation and Localization of a Biomacromolecule in a Model Cell System : Experimental Demonstration with the Potassium Channel KcsA and DNA2011

    • 著者名/発表者名
      柳澤実穂、加藤絢子、吉川研一
    • 学会等名
      The 3rd Asian Symposium on Advanced Materials (ASAM-3)
    • 発表場所
      九州大学・筑紫キャンパス
    • 年月日
      2011-09-21
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Oriented reconstitution of a potassium channel KcsA in a giant unilamellar vesicle2011

    • 著者名/発表者名
      柳澤実穂、岩本真幸、加藤絢子、吉川研一、老木成稔
    • 学会等名
      第49回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      兵庫県立大学・姫路キャンパス
    • 年月日
      2011-09-18
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 細胞サイズ空間はタンパク質発現を顕著に加速する:その脂質組成依存性2011

    • 著者名/発表者名
      柳澤実穂、加藤絢子、佐藤裕子、吉川研一
    • 学会等名
      第63回コロイドおよび界面化学討論会
    • 発表場所
      京都大学・吉田キャンパス
    • 年月日
      2011-09-08
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/details/K004386/index.html

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書

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公開日: 2011-09-05   更新日: 2019-07-29  

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