架橋による生体膜の構造制御

• 研究課題/領域番号: 25400425
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物物理・化学物理・ソフトマターの物理
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 野口 博司 東京大学, 物性研究所, 准教授 (00514564)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2015年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2014年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2013年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 生物物理 / ソフトマター / 細胞 / 生体膜 / シミュレーション

研究成果の概要

数値計算を主に用いて、タンパク質などによる生体膜の形状制御の仕組みを研究した。まず、膜間のゆらぎのエントロピーによって生体膜間を架橋する結合サイトが凝集する条件を明らかにした。次に、高分子修飾によって大きな膜ドメインが不安定化し、多数のマイクロドメインが形成されることがあることを示した。そして、バナナ状タンパク質の吸着により、多角形膜チューブや多面体ベシクルが形成することを明らかにした。タンパク質の曲率上昇に伴うタンパク質の凝集は２段階、もしくは３段階に分けて起こる。また、高いトポロジー種数を持つベシクルではストマトサイトから円盤状へ一次相転移することがあることも示した。

研究成果

• [雑誌論文] Formation of polyhedral vesicles and polygonal membrane tubes induced by banana-shaped proteins (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Noguchi
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 巻: 143 号: 24
  • DOI: 10.1063/1.4931896
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Shape transitions of high-genus fluid vesicles (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Noguchi
  • 雑誌名: EPL 巻: 112 号: 5 ページ: 58004-58004
  • DOI: 10.1209/0295-5075/112/58004
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Two- or three-step assembly of banana-shaped proteins coupled with shape transformation of lipid membranes (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Noguchi
  • 雑誌名: EPL 巻: 108 号: 4 ページ: 48001-48001
  • DOI: 10.1209/0295-5075/108/48001
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 粒子描像の流体力学計算手法 II (2014)
  • 著者名/発表者名: 野口博司
  • 雑誌名: 分子シミュレーション研究会会誌 “アンサンブル” 巻: 16 ページ: 59-65
  • NAID: 130005075261
• [雑誌論文] 粒子描像の流体力学計算手法 III (2014)
  • 著者名/発表者名: 野口博司
  • 雑誌名: 分子シミュレーション研究会会誌 “アンサンブル” 巻: 16 ページ: 211-214
  • NAID: 130005093454
• [雑誌論文] 粒子描像の流体力学計算手法 IV (2014)
  • 著者名/発表者名: 野口博司
  • 雑誌名: 分子シミュレーション研究会会誌 “アンサンブル” 巻: 16 ページ: 252-254
  • NAID: 130005107030
• [雑誌論文] Entropy-driven aggregation in multilamellar membranes (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Noguchi
  • 雑誌名: EPL 巻: 102 号: 6 ページ: 68001-68001
  • DOI: 10.1209/0295-5075/102/68001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanical properties and microdomain separation of fluid membranes with anchored polymers (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Wu, H. Shiba, and H. Noguchi
  • 雑誌名: Soft Matter 巻: 9 号: 41 ページ: 9907-9907
  • DOI: 10.1039/c3sm51680f
  • 査読あり
• [学会発表] 高いトポロジー種数を持つ脂質ベシクルの形態転移 (2016)
  • 著者名/発表者名: 野口博司
  • 学会等名: 第71回日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] タンパク質吸着による生体膜の形態変化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 野口博司
  • 学会等名: 第５回ソフトマター研究会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2015-12-17
  • 招待講演
• [学会発表] Shape transition of biomembrane induced by banana-shaped proteins (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Noguchi
  • 学会等名: The 3rd International Workshops on Advances in Computational Mechanics
  • 発表場所: KFC Hall (東京都墨田区)
  • 年月日: 2015-10-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Membrane tubulation induced by banana-shaped proteins (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Noguchi
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
  • 年月日: 2015-09-13
  • 国際学会
• [学会発表] Self-Assembly of Banana-Shaped Proteins (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Noguchi
  • 学会等名: Physics of Structural and Dynamical Hierarchy in Soft Matter
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究所（東京都目黒区）
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] 生体膜の変形によるBARドメインの凝集機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 野口博司
  • 学会等名: 日本生化学会大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-18
  • 招待講演
• [学会発表] Flow-induced morphological changes of bilayer membranes (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Noguchi, Hayato Shiba, and Gerhard Gompper
  • 学会等名: Workshop on Cross Correlation & Transport Phenomena in Soft Matter
  • 発表場所: 東京都新宿区
  • 招待講演
• [学会発表] Entropy-driven aggregation in multilamellar membranes (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Noguchi
  • 学会等名: International Soft Matter Conference 2013
  • 発表場所: Rome, Italy
• [学会発表] 生体膜の構造形成：空間拘束と高分子修飾 (2013)
  • 著者名/発表者名: 野口博司
  • 学会等名: 物性研短気研究会「エネルギーと新材料の物性・物質科学」
  • 発表場所: 千葉県柏市
  • 招待講演
• [学会発表] 生体膜の形成する形態の多様性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 野口博司
  • 学会等名: HPCI戦略プログラム分野１×分野２ シンポジウム 「生体分子複合システムを計算する」～相互作用は何をもたらすのか」
  • 発表場所: 愛知県名古屋市
  • 招待講演
• [学会発表] 界面活性剤集合体の構造形成のシミュレーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 野口博司
  • 学会等名: Workshop: CROSSroads of Users and J-PARC 第10回「生体膜•コロイド研究の最前線」
  • 発表場所: 茨城県東海村
  • 招待講演
• [学会発表] エントロピー駆動による膜間結合サイトの凝集体形成 (2013)
  • 著者名/発表者名: 野口博司
  • 学会等名: 国際高等研研究プロジェクト「分子基盤に基づく生体機能ネットワークとダイナミクスの解明」第２回研究会
  • 発表場所: 京都府木津川市