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2018 年度 実績報告書

形と流動性の再現から読み解く生命システムの秩序原理

研究課題

研究課題/領域番号 15KT0081
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

藤原 慶  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (20580989)

研究分担者 柳澤 実穂  東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (50555802)
研究期間 (年度) 2015-07-10 – 2019-03-31
キーワード合成生物学 / 高分子混雑 / システム生物学 / ソフトマター / 反応拡散
研究実績の概要

生命システムを内包した人工細胞を用い、「生命機能と形状・流動性の関係」と「細胞サイズ閉鎖空間の形状と流動性の関係」の解明を通し、細胞内における生命の秩序原理を明らかにすることを目的とした。
i) 昨年度Soft matter誌に報告した流動性が細胞形状の変形パターンの運命を変化させるという研究内容を発展させ、ゲル化と相分離の時間発展に伴い座屈が、細胞の内部構造に強く由来して変化する現象を見出し、Langmuir誌に報告した。この成果は雑誌内カバーとして取り上げられた。
ii) 流動性が生命機能に与える影響について解析を行うために、昨年度までに確立したFCSを用いた人工細胞内拡散速度の測定系をさらに高度化し、細胞膜からの距離や細胞形状と拡散の相関関係まで解析可能とした。しかし、生命機能を担う要素群を人工細胞内に投入した系では、明確に拡散速度を変化させる要素の同定には至らなかった。この理由は本研究で想定していた探索空間が小さいことに由来する可能性と、その他の物理的な要因により生じている可能性があった。そこで人工細胞形状を変更させた系での測定を行ったところ、細胞のように高分子混雑した人工細胞内では、その分子拡散が細胞形状によって変化することを示唆するデータを得た。
iii) 細胞サイズ閉鎖空間の形状と流動性に関しては、人工細胞が接触した系にチャネルタンパク質が介在した場合に特殊な拡散速度変化が見出されることを発見した。また、細胞サイズ閉鎖空間特異的な機能の創発として、大きな膜表面積・体積比ゆえに、細胞膜との相互作用が弱いタンパク質の膜局在が強化される現象と、競合的な要素によるその解除を発見した。この効果は細胞サイズ空間で反応と拡散がカップリングして生じるタンパク質の波(Min波)の創発において非常に重要であることを示すに至った。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (12件) (うち招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Sol-Gel Coexisting Phase of Polymer Microgels Triggers Spontaneous Buckling2019

    • 著者名/発表者名
      Koyanagi Keisuke、Kudo Kazue、Yanagisawa Miho
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 35 ページ: 2283~2288

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.8b03751

    • 査読あり
  • [学会発表] 人工細胞内におけるMin 波の発生条件の解明と転写翻訳反応に依存したMin 波の再構成2018

    • 著者名/発表者名
      光山隼史、吉田葵、土居信英、藤原慶
    • 学会等名
      第13回無細胞生命科学研究会
  • [学会発表] 細胞を創る:細胞分裂面決定機構の人工細胞内再構成2018

    • 著者名/発表者名
      藤原慶
    • 学会等名
      第91回日本生化学会大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 細胞を壊し、細胞を創る:創ることによる生命の理解2018

    • 著者名/発表者名
      藤原慶
    • 学会等名
      第58回 生物物理若手の会 夏の学校
    • 招待講演
  • [学会発表] 細胞サイズの微小液滴表面におけるMinタンパク質波の特異的な振る舞い2018

    • 著者名/発表者名
      藤原慶
    • 学会等名
      第69回コロイドおよび界面化学討論会
    • 招待講演
  • [学会発表] FtsZ-mtsの添加により誘起される人工細胞内におけるMin反応拡散波のパターン変化2018

    • 著者名/発表者名
      光山隼史、義永那津人、栁澤実穂、土居信英、藤原慶
    • 学会等名
      細胞を創る研究会11.0
  • [学会発表] PURE systemを用いたMinシステムの再構成2018

    • 著者名/発表者名
      吉田葵、光山隼史、土居信英、藤原慶
    • 学会等名
      第41回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] 蛍光相関分光法を用いた多糖類溶液中の分子拡散及び濃度依存性2018

    • 著者名/発表者名
      春澤香苗, 渡邊千穂, 柳澤実穂
    • 学会等名
      第17回 関東ソフトマター研究会
  • [学会発表] 不均一構造を備える高分子ミクロ液滴のbuckling現象2018

    • 著者名/発表者名
      小柳佳介, 工藤和恵, 柳澤実穂
    • 学会等名
      第17回 関東ソフトマター研究会
  • [学会発表] ゲル弾性と界面張力のバランスによる高分子液滴のbuckling現象2018

    • 著者名/発表者名
      小柳佳介, 工藤和恵, 柳澤実穂
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
  • [学会発表] 不均一なミクロ弾性体の自発的座屈とその原理2018

    • 著者名/発表者名
      小柳佳介, 工藤和恵, 柳澤実穂
    • 学会等名
      第5回サイボウニクス研究会
  • [学会発表] 細胞内混雑環境の再現から異常拡散の解明に向けて2018

    • 著者名/発表者名
      春澤香苗, Johanna Muliany, 渡邊千穂, 柳澤実穂
    • 学会等名
      第5回サイボウニクス研究会
  • [学会発表] Buckling of polymer blend microgels via phase separation and gelation2018

    • 著者名/発表者名
      小柳佳介, 工藤和恵, 柳澤実穂
    • 学会等名
      The 12th SPSJ International Polymer Conference (IPC2018)

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公開日: 2019-12-27  

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