| 研究領域 | 情報物理学でひもとく生命の秩序と設計原理 |
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| 研究課題/領域番号 |
22H04836
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
複合領域
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
茅 元司 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (00422098)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2023年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | 情報量 / 分子間協同性 / ミオシン / 相互情報量 / 情報理論 / 協同性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
骨格筋や心臓収縮の原動力である骨格筋，心筋ミオシンは300分子程度が重合したフィラメントを形成し，アクチンと相互作用して収縮力を生み出している.近年の研究から，こうしたミオシン1分子特性から想像できない自律的な機能が，ミオシン分子集団において発動することが判明してきた.そこで本研究では，情報理論の概念を応用し，ミオシン1分子から多分子集合体における情報伝達能力を評価し，分子が集合したシステムにおいて発動する自律機能を，こうした新しい概念を用いて理解する．
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| 研究実績の概要 |
光ピンセットを用いて、ミオシン多分子フィラメントの発生する力を計測し、その力を入力負荷、それに応じて変化するアクチン滑り速度を出力として、相互情報量を計算し、入力に対してどれだけ出力として、情報量が取り出されたかを定量的に評価した。また、ミオシン分子と、アクチンと相互作用する頭部をなくしたミオシンロッドの混合率を変化せることで、相互作用できるミオシン分子数を5-30分子まで変えて計測を行なった。入力情報量に対する相互情報量の比率を示す情報効率の変化を評価したところ、ATP濃度の上昇に伴い、優位に増加した。この結果を理解するために、我々が以前に開発したシミュレーションモデルを用いて、同様に解析を行い、実験データと同様、ATP濃度の上昇に伴い情報効率が優位に増加する結果を得た。この分子機構として、ATP濃度の増加に伴い、より多くの分子が高負荷状態では力発生前の状態に留まり、これらの分子が同時に力発生する協同現象が確率的に起こりやすくなり、高負荷でもATP濃度が高い時は、より協同的なミオシン分子の活動により、アクチン速度が高く保たれるからであると考えられる。したがって、情報効率を見ることで、ミオシン分子間の協同性の状態を定量的に評価できると考えられる。また1 mM ATPにおいて、相互作用分子数が5-30分子に変化させた場合の情報効率を見ると、ほぼ横這いであった。これは予想外の結果であったが、シミュレーションでも同様な結果をえた。その主な理由は、分子数が多い場合、より多くの分子がアクチンに結合して動きにくくなり、協同現象のキーである分子内歪み量の解放が小さくなり、その結果協同的に動く分子が減ってしまうためであると考えられる。以上、シミュレーションと実験の併用により、情報効率を見ることで分子間の協同状態を定量的に評価できる可能性が示せたことは、本研究の大きな収穫であった。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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