| 研究課題/領域番号 |
20K14432
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| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
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研究代表者 |
山本 詠士 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 助教 (00779340)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 不均一場 / 生体膜 / メゾスケール / 反応拡散方程式 / ブラウン動力学法 |
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| 研究実績の概要 |
飽和脂質と不飽和脂質で構成される脂質膜では，秩序液体相（Lo相）と無秩序液体相（Ld相）への相分離が生じる．本研究では，動的かつ不均一に相分離が生じる生体膜における膜タンパク質の拡散現象の解明を目指し，反応拡散方程式とブラウン動力学法を組み合わせた2次元のメゾスケールシミュレーション法の開発を行う．初年度の研究成果を下記に述べる．
1.2成分（脂質A, B）混合場における濃度分布を求めるために，Chan-Hilliard方程式について有限差分法を用いてシミュ－レーションするプログラムを開発した．また，得られた濃度分布に依存して拡散係数が変動する粒子（膜タンパク質）のダイナミクスは拡張型ランジュバンモデルを用いてシミュレーションした．粒子の拡散係数は，（有限差分法から求められる）近傍の格子点上の濃度に依存して変動させた．
2.いくつかの特徴的な細胞膜モデルに対してシミュレーションを行い，場の違いと拡散性の違いを検証した．各モデルは，臨界温度付近における熱ゆらぎ，不動性膜タンパク質による界面組成の固定，小胞または非小胞との脂質の交換，脂質リザーバとの脂質の交換による脂質ラフト形成の影響を考慮したモデルである．粒子の時系列データから，平均二乗変位，拡散係数のゆらぎ，プロパゲータなどの拡散性を特徴付ける統計量を解析した．平均二乗変位の解析から，濃度分布の不均一性の影響により，場を拡散する粒子の拡散係数が顕著なゆらぎを示し，異常拡散することがわかった．各相（脂質AまたはBが多い相）への滞在時間の分布と拡散性のゆらぎの関係性について明らかにした．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
今年度計画していた研究項目について研究を実施し，概ね順調に進展している．当初の予定通り反応拡散方程式と拡張型ランジュバン法を組み合わせた2次元メソスケールシミュレーションのプログラム実装が完了した．現在のモデルは，場の違いによる粒子の拡散性の変動を考慮しているが，場との親和性も考慮するためにポテンシャル壁の導入を検討する．これを導入することで，界面付近での粒子挙動を再現できると考えている．
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| 今後の研究の推進方策 |
初年度では場に対して1粒子のメゾスケールシミュレーションの実装を行い拡散係数が不均一にゆらぐ拡散現象の解析を行ったが，今後は互いに相互作用する多粒子系に拡張し，粒子同士の相互作用が拡散性に与える影響を解析する．また粒子同士のクラスター化に場が与える影響を明らかにする．得られた結果を，飽和・不飽和脂質混合膜と膜タンパク質の分子動力学ミュレーションの結果や一分子測定実験の結果と比較し，メゾスケールシミュレーションモデルの検証および改良を行う．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナウイルス感染症の影響により，当初予定してた共同研究打ち合わせのための旅費の使用や国際会議への参加がなくなったため．また，購入を予定していた物品もコロナの影響により半導体製造が影響を受け，購入ができなくなった．
翌年度は旅費および物品費として使用する計画である．
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