細胞の自律運動と協同的集団運動のアクティブマター物理学

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19K14673
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分13040:生物物理、化学物理およびソフトマターの物理関連
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 多羅間 充輔 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (90756834)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: アクティブマター / 細胞運動 / 細胞骨格 / 自己組織化 / 協同現象

研究成果の概要

細胞の力生成を担う細胞骨格の微細構造と、細胞が集団移動するときに自己組織化する動的網目構造に対して、それぞれ物理モデルを適用し、構造形成原理の解明に成功した。細胞骨格の粗視化分子動力学モデルでは、ミクロな分子情報を入力にして、観測結果と定量的に一致する結果を得た。また、細胞力学モデルを用いた解析では、細胞の変形と接着とが網目構造形成に重要な役割を果たし、その運動性が構造を動的に変化することを明らかにした。

自由記述の分野

非平衡物理学

研究成果の学術的意義や社会的意義

細胞骨格が自己組織化するメソスケールの高次構造は、そのスケールゆえにミクロなモデルを愚直にスケールアップすることでは到達困難である。我々は、ある程度粗視化した分子動力学モデルを用いることで、ミクロな分子情報を直接的なパラメタとしたシミュレーションにより実験結果を定量的に再現する手法の開発に成功した。細胞集団の研究では本質を残して簡単化したマクロなモデルにより、集団運動と構造形成とを両立させるメカニズムを解明した。これらの研究は今後、生命現象の背後に潜む様々な自己組織化構造の形成原理を解明することに繋がる成果である。