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1分子時系列情報に基づく革新的マルチスケールモデリング

公募研究

研究領域膜超分子モーターの革新的ナノサイエンス
研究課題/領域番号 21023001
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 生物系
研究機関北海道大学

研究代表者

李 振風  北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (90397795)

研究分担者 小松崎 民樹  北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (30270549)
研究期間 (年度) 2009 – 2010
研究課題ステータス 完了 (2010年度)
配分額 *注記
6,400千円 (直接経費: 6,400千円)
2010年度: 3,200千円 (直接経費: 3,200千円)
2009年度: 3,200千円 (直接経費: 3,200千円)
キーワード生体生命情報学 / 生物物理 / ナノバイオ / 分子モーター / 蛋白質
研究概要

我々の目的は、新規な非線形時系列解析に基づくモデル化手法の開発を通して、F1回転子の多様な時空間スケールで繰り広げられる化学・力学カップリングの動力学を抽出し、その化学エネルギーを力学エネルギーに変換する機構を明らかにすることである。当該年度は、μ秒の時間解像度をもつF1回転子の階段状になっている回転角度の時系列データからF1回転子が止まっている「停止」状態、回転している「回転」状態、それぞれの滞留時間をトレンド/変化点検出法を用いて同定した。この研究により、F1の回転している状態の統計的性質および相関が初めて明らかにされた。また、「停止」状態、「回転」状態のそれぞれの滞留時間の時系列データが得られたことで、我々が開発した速度論的スキームを構築する手法をF1回転子の時系列データに対しても適用することができるようになった。
よく知られているように、一つの与えられた滞留時間の時系列に対し、その時系列がもつすべての統計的相関を正しく与える速度論的スキームは一通りとは限らず、複数存在する可能性がある。当然ながら複数存在する場合には、速度論的スキームは滞留時間の時系列が持つ相関だけからは一義的に定めることができない。我々は「与えられた滞留時間の時系列が持つすべての統計的相関を保持する速度論的スキーム全体の集合の中で、もっとも単純で偏りのない速度論的スキームはどれか?」という問いを立てることで、速度論的スキームを一義的に定める方法論を情報理論に基づき開発した。この手法は、滞留時間の時系列データからその時系列が持つすべての統計的相関の情報を過不足無く保持する唯一の速度論的スキームを抽出するものである。この手法は、一切の経験的パラメータに依存しない、という特徴をもつ。構成された本速度論的スキームを用いることで、実験により得られる滞在時間の時系列に観測される相関、記憶等と速度論的スキームのネットワーク構造との対応関係を明らかにすることができるものと期待される(PNAS投稿予定)。

報告書

(2件)
  • 2010 実績報告書
  • 2009 実績報告書
  • 研究成果

    (31件)

すべて 2011 2010 2009

すべて 雑誌論文 (15件) (うち査読あり 13件) 学会発表 (12件) 図書 (4件)

  • [雑誌論文] Derivation of the Generalized Langevin Equation in Non-stationary environments2011

    • 著者名/発表者名
      S.Kawai, T.Komatsuzaki
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics

      巻: 134

    • NAID

      120002893836

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phase Space Geometry of Dynamics Passing through Saddle Coupled with Spatial Rotation2011

    • 著者名/発表者名
      S.Kawai, T.Komatsuzaki
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics

      巻: 134

    • NAID

      120002834760

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Dynamical Switching of a Reaction Coordinate to Carry the System Through to a Different Product State at High Energies2011

    • 著者名/発表者名
      H.Teramoto, M.Toda, T.Komatsuzaki
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 106

    • NAID

      120002834723

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum Reaction Boundary to Mediate Reactions in Laser Fields2011

    • 著者名/発表者名
      S.Kawai, T.Komatsuzaki
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics

      巻: 134

    • NAID

      120002834746

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Extracting the Underlying Effective Free Energy Landscape From Single-Molecule Time Series-Local Equilibrium States and their Network2011

    • 著者名/発表者名
      A.Baba, T.Komatsuzaki
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 13 ページ: 1395-1406

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Robustness and Diversity of Transitions in a Sea of Chaos and Stochastic Fluctuation2010

    • 著者名/発表者名
      T.Komatsuzaki, CB.Li, S.Kawai
    • 雑誌名

      AIP Conference Proceedings "International Conference of Numerical Analysis and Applied Mathematics 2010"

      巻: 1281 ページ: 1582-1584

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [雑誌論文] How does a choice of Markov partition affect the resultant symbolic dynamics?2010

    • 著者名/発表者名
      H.Teramoto, T.Komatsuzaki
    • 雑誌名

      Chaos

      巻: 20

    • NAID

      120002548786

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamical Reaction Coordinate in Thermally Fluctuating Environment in the Framework of Multidimensional Generalized Langevin Equations2010

    • 著者名/発表者名
      S.Kawai, T.Komatsuzaki
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 12 ページ: 15382-15391

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Robust Existence of a Reaction Boundary to Separate the Fate of a Chemical Reaction2010

    • 著者名/発表者名
      S.Kawai, T.Komatsuzaki
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 105

    • NAID

      120002277520

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cooperativity at different space and time scales in multiscale protein dynamics2010

    • 著者名/発表者名
      Y.Matsunaga, CB.Li, T.Komatsuzaki
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 82

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hierarchy of Reaction Dynamics in a Thermally Fluctuating Environment2010

    • 著者名/発表者名
      S.Kawai, T.Komatsuzaki
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 12 ページ: 7626-7635

    • NAID

      120002893806

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nonlinear Dynamical Effects on Reaction Rates in Thermally Fluctuating Environments2010

    • 著者名/発表者名
      S.Kawai, T.Komatsuzaki
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 12 ページ: 7636-7647

    • NAID

      120002893807

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 多自由度Hamilton系における安定/不安定多様体の可能な折り畳みパターンとそれらの力学系の性質との関係2010

    • 著者名/発表者名
      寺本央、小松崎民樹
    • 雑誌名

      双曲型力学系から大自由度力学系へ(数理解析研究所講究録)

      巻: 1688 ページ: 26-38

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [雑誌論文] New Quantification of Local Transition Heterogeneity of Multiscale Complex Networks Constructed from Single-Molecule Time Series2009

    • 著者名/発表者名
      C.B.Li, H.Yang, T.Komatsuzaki
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry B 113

      ページ: 14732-14741

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Bifurcation of Transition States in Many-Degrees of Freedom Chemical Reactions2009

    • 著者名/発表者名
      C.B.Li, M.Toda, T.Komatsuzaki
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics 130

      ページ: 124116-124122

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] The Hidden Markov Modeling with Exact Information Content of Dwell-Time Time Series2011

    • 著者名/発表者名
      C.B.Li
    • 学会等名
      Dynamics of Complex Systems 2011
    • 発表場所
      Hokkaido University(招待,口頭 招待講演)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Innovative Single Molecule Time Series Analysis of Supermolecular Motor Proteins2011

    • 著者名/発表者名
      C.B.Li, T.Komatsuzaki
    • 学会等名
      2nd International Symposium on Photonic Bioimaging
    • 発表場所
      Niseko, Hokkaido(一般,ポスター)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Single Molecule Time Series Analysis of Supermolecular Motor Proteins2010

    • 著者名/発表者名
      C.B.Li
    • 学会等名
      Graduate Student Seminar
    • 発表場所
      Radboud University Nijmegen, the Netherlands(招待,口頭 招待講演)
    • 年月日
      2010-08-03
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Time-dependent Perturbation Analysis of Small Nonintegrable Hamiltonian System2010

    • 著者名/発表者名
      C.B.Li
    • 学会等名
      Dynamics of Complex Systems Seminar
    • 発表場所
      Department of Mathematics, Hokkaido University(招待,口頭 招待講演)
    • 年月日
      2010-06-09
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Transition to Chaos above the Reaction Threshold : Bifureations, Resonances and Future Challenges2010

    • 著者名/発表者名
      C.B.Li
    • 学会等名
      Workshop on Dynamical System Theory and Reaction Dynamics toward Large Systems
    • 発表場所
      Kyoto University(口頭)
    • 年月日
      2010-01-05
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] When one plus one is more than two : Theoretical challenges in learning from the next generation single- and multiple-molecule experiments2010

    • 著者名/発表者名
      C.B.Li
    • 学会等名
      48^<th> annual meeting of Biophysical Society of Japan
    • 発表場所
      Tohoku University(招待,口頭 招待講演)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 一分子時系列情報に基づく革新的モデリング2010

    • 著者名/発表者名
      C.B.Li, T.Komatsuzaki
    • 学会等名
      革新的ナノバイオ終了シンポジウム
    • 発表場所
      Osaka University(一般,ポスター)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 膜超分子モーターの革新的時系列解析2010

    • 著者名/発表者名
      C.B.Li, T.Komatsuzaki
    • 学会等名
      革新的ナノバイオ第5回班会議
    • 発表場所
      Gakushuin University(一般,口頭)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] A Handy Guide to Analyze Time Series from Biological Systems : Some Simple but Powerful Tools2009

    • 著者名/発表者名
      C.B.Li
    • 学会等名
      Graduate student seminar
    • 発表場所
      University of Fukui, Faculty of Medical Science(口頭)
    • 年月日
      2009-12-15
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Quantifying the Local Transition Heterogeneity of Multiscale Complex Networks Reconstructed from Single-Molecule Time Series2009

    • 著者名/発表者名
      C.B.Li, H.Yang, T.Komatsuzaki
    • 学会等名
      47^<th> Annual Meeting of Biophysical Society of Japan
    • 発表場所
      Tokushima(ポスター)
    • 年月日
      2009-11-01
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] What is the Relevant Information in Modeling the Dynamics of Complex Systems from Measurements2009

    • 著者名/発表者名
      C.B.Li
    • 学会等名
      Symposium of Dynamics of complex systems 2009
    • 発表場所
      Hokkaido University(口頭)
    • 年月日
      2009-08-31
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Challenges in Modeling the Dynamics of Multiscale Complex Bio-Systems2009

    • 著者名/発表者名
      C.B.Li
    • 学会等名
      Telluride Workshop on "The Complexity of Dynamics and Kinetics in Many Dimensions"
    • 発表場所
      Telluride, USA(口頭)
    • 年月日
      2009-06-29
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [図書] "Extracting the Underlying Unique Reaction Scheme from a Single-Molecule Time Series", Cell Signaling Reactions : Single-Molecular Kinetic Analysis2010

    • 著者名/発表者名
      C.B.Li, T.Komatsuzaki
    • 総ページ数
      330
    • 出版者
      Springer
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [図書] "Dynamical Reaction Theory based on Geometric Structures of Phase Space" Advances in Chemical Physics2010

    • 著者名/発表者名
      S.Kawai, H.Teramoto, C.B.Li, T.Komatsuzaki, M.Toda
    • 総ページ数
      60
    • 出版者
      John-Wiley & Sons, Inc.(印刷中)
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [図書] "Non-Brownian Phase Space Dynamics of Molecules, the Nature of their Vibrational States, and non-RRKM Kinetics" Advances in Chemical Physics2010

    • 著者名/発表者名
      D.M.Leitner, Y.Matsunaga, A.Shojiguchi, C.B.Li, T.Komatsuzaki
    • 総ページ数
      50
    • 出版者
      John-Wiley & Sons, Inc.(印刷中)
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [図書] "Extracting the Underlying Unique Reaction Scheme from a Single-Molecule Time Series" in Cell Signaling Reactions : Single-Molecular Kinetic Analysis2010

    • 著者名/発表者名
      C.B.Li, T.Komatsuzaki
    • 総ページ数
      43
    • 出版者
      Springer(印刷中)
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書

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公開日: 2009-04-01   更新日: 2018-03-28  

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