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2013 年度 実績報告書

時空間秩序の生成とその生命現象への展開

計画研究

研究領域ゆらぎと構造の協奏:非平衡系における普遍法則の確立
研究課題/領域番号 25103012
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

研究機関同志社大学

研究代表者

吉川 研一  同志社大学, 生命医科学部, 教授 (80110823)

研究分担者 鶴山 竜昭  京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (00303842)
市川 正敏  京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 講師 (40403919)
研究期間 (年度) 2013-06-28 – 2018-03-31
キーワード生命物理 / 非平衡解放系 / 時空間秩序 / ソフトマター / 非線形ダイナミクス / 非平衡ゆらぎ / ゲノムDNA
研究概要

非平衡開放系の特質である時空間秩序の自発的生成について、生命現象の本質的理解に重点を置きながら、本新学術研究の支援のもと研究を推進させて来ている。1)混雑環境下にあるゲノムDNAの高次構造・機能の解明: 混雑した環境下での、ゲノムDNAの振る舞いを簡単なモデル系を構築して追究した。本年の主要な成果として、負に帯電したnanoparticleによる混雑環境下で、DNAに折り畳み転移が生じていることを見出したことがあげられる。更に重要なこととして、nanoparticleによるDNAの凝縮体は、helix-coil転移の転移温度が低くなることも見出している。一般に、DNA凝縮体は、helix-coil転移の転移温度は高温側に移行するが、これとは逆の傾向であり、混雑環境がDNAの特質にこれまで知られていなかったような影響を与えていることが今回の研究により明らかとなった。 2)細胞サイズ液滴の示す特異な動的挙動:定常的な直流電場のもとでの、液滴の規則的な運動 についての研究を展開した。対向針電極の間に油中水滴を置き、電極に直流電圧を掛けると、液滴球が電極によって帯電し、静電反発する事で対面の電極に飛ばされ、対面の電極で逆荷電を受けとり再び反発する事で、それを繰り返す。低次の対称性を考慮した水滴の運動方程式を立て、安定状態から振動状態への分岐を線形安定性解析すると、ホップ分岐の線がV に対して Lの1.5乗 という、非自明なスケーリング則を取る事が導かれた(V電圧、L電極間距離)。3)組織・個体レベルでの形態ゆらぎと病態: 定量的Morphometryによる細胞の自動形態定量プログラムにより、形態ゆらぎの定量的な評価を診断に応用した。成果として肺癌形態と遺伝子変異の関係、間質性肺炎の定量評価、超急性心筋梗塞の診断マーカーSORBS2の発見、皮膚自己免疫疾患の乾癬の病態を血液細胞(リンパ球)の分布、活性化による形態の変化、遺伝子発現と相関を明らかにした。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初の計画はおおむね順調に進展しており、それに付け加えて、予想外の重要な発見や研究の新たな進展が見られている。例えば、負に帯電したnanoparticleが、やはり負に帯電しているDNAを凝縮することを、世界に先駆けて見出している。また、直流電場のもとでの自律的なリズム運動が、外部からのゆらぎにより安定化することを、実験・理論両面から明らかにしてきている。

今後の研究の推進方策

過年度に引き続き、生命現象の階層に対応して、1)分子レベル(ゲノムDNA)、2)細胞レベル、3)組織や個体レベル、の研究を並列的にすすめ、かつ階層横断的なアプローチも重視する。本年は、特に、実験と理論の融合と、分担者の鶴山の臨床医学的な対象についての、物理的な側面を重視した研究を推進する予定である。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件) 学会発表 (7件) (うち招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Characteristic Behavior of Crowding Macromolecules Confined in Cell-Sized Droplets2014

    • 著者名/発表者名
      Miho Yanagisawa, Takahiro Sakaue and *Kenichi Yoshikawa
    • 雑誌名

      International Review of Cell and Molecular Biology

      巻: 307 ページ: 175-204

    • DOI

      10.1016/B978-0-12-800046-5.00007-2

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Anatoly A. Zinchenko, Kanta Tsumoto, Shizuaki Murata and Kenichi Yoshikawa2014

    • 著者名/発表者名
      Anatoly A. Zinchenko, Kanta Tsumoto, Shizuaki Murata and Kenichi Yoshikawa
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 118 ページ: 1256-1262

    • DOI

      10.1021/jp4107712

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Self-organized patterning through thedynamic segregation of DNA and silicananoparticles2014

    • 著者名/発表者名
      Chwen-Yang Shew, Kenta Kondo and Kenichi Yoshikawa
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 42014 ページ: 024907/1-9

    • DOI

      10.1063/1.4859835

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Self-organized patterning through thedynamic segregation of DNA and silicananoparticles2014

    • 著者名/発表者名
      Rastko Joksimovic, Shun N. Watanabe, Sven Riemer, Michael Gradzielski and *Kenichi Yoshikawa
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 4 ページ: 3660

    • DOI

      10.1038/srep03660

    • 査読あり
  • [雑誌論文] IFN-γ/CCR5 expression in invariant NKT cells and CCL5 expression in capillary veins of dermal papillae correlate with development of psoriasis vulgaris2014

    • 著者名/発表者名
      Fumihiko Kono, Tetsuya Honda, Aini Wulamujiang, Hironori Haga, *Tatsuaki Tsuruyama
    • 雑誌名

      British Journal of Dermatology

      巻: 1 ページ: 1

    • DOI

      10.1111/bjd.12812

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sorbin and SH3 domain-containing protein 2 is released from infarcted heart in the very early phase: proteomic analysis of cardiac tissues from patients2013

    • 著者名/発表者名
      Yu Kakimoto, Shinji Ito, Hitoshi Abiru, Hirokazu Kotani, Munetaka Ozeki, Keiji Tamaki, Tatsuaki Tsuruyama
    • 雑誌名

      Journal of American Heart Association

      巻: 2 ページ: e000565

    • DOI

      10.1161/JAHA.113.000565

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamical formation of lipid bilayer vesicles fromlipid-coated droplets across a planar monolayer at an oil/water interface2013

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Ito, Toru Yamanaka, Shou Kato, Tsutomu Hamada, Masahiro Takagi, *Masatoshi Ichikawa, *Kenichi Yoshikawa
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: 9 ページ: 9539-9547

    • DOI

      10.1039/C3SM51766G

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Back-and-forth micromotion of aqueous droplets in a dc electric field2013

    • 著者名/発表者名
      Tomo Kurimura, *Masatoshi Ichikawa, Masahiro Takinoue, *Kenichi Yoshikawa
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 88 ページ: 042918/1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.88.042918

    • 査読あり
  • [学会発表] Specificity of Cell-Sized Confinement2013

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Yoshikawa
    • 学会等名
      International Workshop “From Soft Matter to Protocell”
    • 発表場所
      宮城県仙台市
    • 年月日
      20130918-20130920
    • 招待講演
  • [学会発表] Reconstruction of active blebbing motion from amoeba extract2013

    • 著者名/発表者名
      Masatoshi Ichikawa
    • 学会等名
      International Soft Matter Conference 2013
    • 発表場所
      Rome, Italy
    • 年月日
      20130915-20130919
  • [学会発表] Storm in a Teacup: dynamics of micro-droplets on hot water surface2013

    • 著者名/発表者名
      Hiizu Nakanishi
    • 学会等名
      International Soft Matter Conference 2013
    • 発表場所
      Rome, Italy
    • 年月日
      20130915-20130919
  • [学会発表] Mode-switching in the droplet motion under local temperature gradient with laser2013

    • 著者名/発表者名
      Fumi Takabatake
    • 学会等名
      International Soft Matter Conference 2013
    • 発表場所
      Rome, Italy
    • 年月日
      20130915-20130919
  • [学会発表] Dynamic Penetration of a phospholipid-coated droplet across a planar monolayer2013

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Ito
    • 学会等名
      International Soft Matter Conference 2013
    • 発表場所
      Rome, Italy
    • 年月日
      20130915-20130919
  • [学会発表] How does the higher-order structure of DNA concern with genetic functions?2013

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Yoshikawa
    • 学会等名
      20th International Conference on Medical Physics (ICMP)
    • 発表場所
      Brighton, UK.
    • 年月日
      20130901-20130904
    • 招待講演
  • [学会発表] Phase Transition on Genomic DNA: Its Physics & Biological Significance

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Yoshikawa
    • 学会等名
      German Science Day
    • 発表場所
      京都府京都市
    • 招待講演

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公開日: 2015-05-28  

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