数理手法を用いたオートファジー・ダイナミクスの解明

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18K14693
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分44010:細胞生物学関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 境 祐二 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 助教 (70631779)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: オートファジー / 膜リモデリング / オルガネラ / 理論生物学 / 定量生物学 / ソフトマター物理学 / 膜物理学

研究成果の概要

オートファゴソーム形成時における隔離膜の膜動態を説明する数理モデルを構築した。膜の高曲率を安定化させる曲率因子を想定し、隔離膜の成長に伴う膜形態変化ダイナミクスに与える影響について、数理モデルを用いて解析した。その結果、曲率因子がディスク状の隔離膜の最も膜曲率が大きい部分(エッジ)に自発的に局在し、ディスク状の隔離膜を安定化させていることを示した。さらに、隔離膜の成長に伴い曲率因子の分布が変化し、この分布の変化が中間状態のカップ状の形態を安定化させ、隔離膜の成長を安定化させていることを示した。理論モデルの予測は、生細胞ライブイメージングで得られた隔離膜の形態変化と定量的に一致する。

自由記述の分野

理論生物学

研究成果の学術的意義や社会的意義

オートファジー研究は、今まで生化学や遺伝学など実験を主導として行われてきた。しかし、その機構についてはまだ未解決な問題が多くある。本研究では、物理モデル、すなわち膜の形に基づくエネルギーを考慮する数理解析から、オートファゴソームの形態変化を理解することを試みた。本研究を通して、オートファジー分野に対して理論的取り組みの有効性を示すことができた。オートファジー分野における理論研究の可能性を示し、実験と理論の融合により新たな知見を得ることができた。