• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

疑似細胞環境下における発動分子のゆらぎに誘導される運動特性の解析

公募研究

研究領域発動分子科学:エネルギー変換が拓く自律的機能の設計
研究課題/領域番号 21H00405
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関山口大学

研究代表者

有賀 隆行  山口大学, 大学院医学系研究科, 准教授(特命) (30452262)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2022年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2021年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
キーワード生体分子モーター / エネルギー変換 / 1分子計測・操作 / 非平衡物理学 / 生物物理
研究開始時の研究の概要

前回の公募研究において我々は、in vitro で運動中の1分子のキネシンに細胞内でみられる非熱的なゆらぎを人工的に外力として与えることで、キネシンは外力のゆらぎに誘導されて加速することを見出した。そこで本研究では、これまでの実験と数理モデルで予想された、細胞内のアクティブなゆらぎに誘導される運動特性を、より細胞内に近い疑似細胞環境下で確かめることを目的とする。普遍性のある理論予測により、様々な発動分子が非熱的なゆらぎを積極的に利用することでより効率の良い機能を発現していると期待され、また人工モーターの設計への応用等を通じて、当該領域の発展に寄与できる。

研究実績の概要

細胞内で小胞などを輸送する並進型発動分子であるkinesin 1(以下キネシン)は、ATPの加水分解をエネルギー源として、微小管の上を 歩きながら力学的な仕事を行っている。我々は以前の研究において、そのエネルギー入出力をin vitroで定量したところ、入力された多くの化学的エネルギーが見えない形で散逸しており、あたかも効率の悪いモーターのように見えた。そこで私は、実際に彼らが働く環境である生きた細胞の中に最適化されているのだろうと仮説を立て、細胞内と同等の環境をin vitroで人工的に構築し、その中でキネシンの運動を観察することで、その仮説を実証する研究を続けてきた。
昨年度までに、細胞内で見られる非熱的なゆらぎを人工的に生成し、光ピンセットを用いて外力のゆらぎとしてキネシンに与えながらその運動の解析を行った結果、キネシンは特に高い負荷において外力のゆらぎに誘導されて加速することを見出した。これにより細胞内のように混雑して粘性の高い環境下においても in vitroでの無負荷時と同程度の速さが実現できることが示唆された。
本年度は、これまで非熱的なゆらぎのみを再現したin vitroの計測環境をさらに実際に生きた細胞の内部に近づけるべく、混雑した環境の構築を行った。粒径や粘度のコントロールが容易な混雑物質としてポリエチレングリコールを選択し、細胞内のように混雑した環境をin vitroで構築したうえで、光ピンセットを用いたキネシンの1分子力学操作を行った。その結果、1分子のキネシンが通常のin vitro環境とは異なる外力速度関係を示すことを見出した。
また、これらの成果を解説する日本語総説と雑誌記事をそれぞれ発表し、2件の国内招待講演と1件の国際会議での招待講演を行った。

現在までの達成度 (段落)

令和4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

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件、 招待講演 4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 非熱的なゆらぎが分子モーターキネシンを加速させる2023

    • 著者名/発表者名
      有賀隆行 , 立石圭人 , 富重道雄 , 水野大介
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 63 号: 2 ページ: 86-90

    • DOI

      10.2142/biophys.63.86

    • ISSN
      0582-4052, 1347-4219
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 非熱的なゆらぎで加速する分子モーター2023

    • 著者名/発表者名
      有賀隆行
    • 雑誌名

      月刊「細胞」

      巻: 55

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Noise-Induced Acceleration of Single Molecule Kinesin-12021

    • 著者名/発表者名
      Ariga Takayuki、Tateishi Keito、Tomishige Michio、Mizuno Daisuke
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 127 号: 17 ページ: 178101-178101

    • DOI

      10.1103/physrevlett.127.178101

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Feedback Microrheology in Soft Matter2021

    • 著者名/発表者名
      Kenji Nishizawa, Natsuki Honda, Masahiro Ikenaga, Shono Inokuchi, Yujiro Sugino, Takayuki Ariga, Daisuke Mizuno
    • 雑誌名

      arXiv preprint

      巻: -

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [学会発表] 非熱的にゆらぐ細胞内環境に最適化する生体分子モーター2023

    • 著者名/発表者名
      有賀隆行
    • 学会等名
      Workshop OT 2023 最適輸送とその周辺
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 生体分子モーターキネシンのエネルギー論とゆらぎによる加速現象2023

    • 著者名/発表者名
      有賀 隆行
    • 学会等名
      第10回ソフトマター研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Single-molecule energetics and nonthermal manipulation of molecular motor kinesin2022

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Ariga
    • 学会等名
      2022 East Asian Single-Molecule Biophysics Symposium (EASMB 2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 分子モーターキネシン1のゆらぎ誘導加速現象2021

    • 著者名/発表者名
      有賀隆行, 立石圭人, 富重道雄, 水野大介
    • 学会等名
      第59回 日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 人工的な疑似細胞内アクティブ環境 におけるキネシンの運動2021

    • 著者名/発表者名
      立石圭人, 有賀隆行
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Motion of molecular motors reflecting rheological properties in cells2021

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Ariga
    • 学会等名
      The 2nd Joint Meeting of The European Society for Clinical Hemorheology and Microcirculation, The International Society for Clinical Hemorheology, and The International Society of Biorheology
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 山口大学大学院医学系研究科 微生物学講座|有賀隆行

    • URL

      http://mb.med.yamaguchi-u.ac.jp/ariga/index.html

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-04-28   更新日: 2023-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi