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2012 年度 実績報告書

内的・外的要因を取り入れた生体分子モーター能動的自己組織化法の確立

研究課題

研究課題/領域番号 23681019
研究機関北海道大学

研究代表者

角五 彰  北海道大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (10374224)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2014-03-31
キーワード生体分子モーター / 能動的集積法 / 力学刺激
研究概要

生体分子モーターの高次元集積に向け、構造情報デザインや機械的摂動などの新たなパラメーターを取り入れた能動的自己組織化法を確立することを目的としている。以下に具体的な研究課題と実施内容を挙げる。1) 立体構造をデザインした生体分子モーターの能動的集積法の確立:微小管の螺旋構造をデザインした生体分子モーター集積法を確立することを目的とし、微小管の螺旋構造は重合条件で制御しその構造を評価してきた。24年度はリング状微小管集合体の作成および運動発現との運動特性解析を行った。2) 気/液・液/液界面を利用した生体分子モーターの能動的集積法の確立:空間的制約や境界条件下での生体分子モーター集積法の確立を目的とし、境界面や膜厚の動的制御可能な集積チャンバーを作成してきた。24 年度は顕微鏡と組み合わせたリアルタイム観察系を構築し集合体の形成過程を解析した。3) 凹凸構造可変な表面を利用した生体分子モーターの能動的集積法の確立:前年度は一軸圧縮による表面凹凸構造や溝方向の動的変化に対する生体分子モーター運動の応答挙動について調べてきた。24 年度は凹凸構造の変化に対する分子モーター集合体構造の自己保持能力などについて評価した。4) 伸展刺激を組み合わせた生体分子モーターの能動的集積法の確立:前年度は足場材の最適化と生体分子モーターの固定法を確立し、平行して伸展装置の設計開発を行ってきた。24 年度は伸展刺激下での分子モーター集積を実現させた。5) 二次元集合体を鋳型とした生体分子モーターの逐次的三次元集積法の確立:パイロット実験として課題2)で作成した二次元リング状集合体を一次鋳型とし三次元への集積が可能であることを実証してきた。24年度は二次元リング状集合体や配向微小管集合体などを一次鋳型とし、自己複製的に多層集積体を構築可能であることを実証した。

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

(理由)24年度に掲げた5つの課題1)リング状微小管集合体の作成および運動発現との運動特性解析、2)顕微鏡と組み合わせたリアルタイム観察系の構築、3)凹凸構造の変化に対する分子モーター集合体構造の自己保持能力評価、4)伸展刺激下での分子モーター集積、5)自己複製的な多層集積法の確立が当初の予定通り達成された。これらの成果から、当初の目的に対し概ね達成できたと評価した。

今後の研究の推進方策

上記課題を引き続き推進していく。具体的には以下のように進めていく。1) 立体構造をデザインした生体分子モーターの能動的集積法の確立: 25年度は構造/機能情報の相関から非対称回転運動の発現機構を明らかにし、さらに構造情報の増幅機構を解明していく。これら構造/機能情報の相関から非対称回転運動の発現機構を明らかにしていく。2) 気/液・液/液界面を利用した生体分子モーターの能動的集積法の確立: 25 年度は境界条件や閉じ込め効果、誘電率や界面張力の不均一性効果を明らかにする3) 凹凸構造可変な表面を利用した生体分子モーターの能動的集積法の確立:25 年度以降は凹凸構造の変化に対する分子モーター集合体構造の秩序構造形成メカニズムついても評価していく。4) 伸展刺激を組み合わせた生体分子モーターの能動的集積法の確立:25年度は生体分子モーター集合体の自己修復機能に及ぼす影響について調べていく。5) 生体分子モーター集合体の機能創発メカニズムの解明:本研究課題1)-5)で形成される生体分子モーター集合体の運動特性を解析し、速度、運動直進性、走性、自己保持性、自己修復性、自己複製能などの機能を総合的に評価していく。得られた構造情報と機能特性との相関性から機能創発メカニズムを系統的に探っていく。

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (15件) (うち招待講演 1件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Nematic growth of microtubules that changed into giant spiral structure through partial depolymerization and subsequent dynamic ordering2012

    • 著者名/発表者名
      Kiyotaka Shigehara
    • 雑誌名

      Soft-Matter

      巻: 8 ページ: 11544-11551

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ormation of ring-shaped assembly of microtubules with a narrow size distribution at an air–buffer interface2012

    • 著者名/発表者名
      Arif Md. Rashedul Kabir
    • 雑誌名

      Soft-Matter

      巻: 8 ページ: 10863-10867

    • 査読あり
  • [学会発表] 気液界面で発現する微小管集合体の多様なパターン形成2013

    • 著者名/発表者名
      和田 将輝
    • 学会等名
      日本化学会第93春季年会
    • 発表場所
      立命館大学びわこ・くさつキャンパス(草津市)
    • 年月日
      20130320-20130325
  • [学会発表] 物質界面で形成される微小管リングサイズ制御とリング形成メカニズムの解明2013

    • 著者名/発表者名
      和田 将輝
    • 学会等名
      化学系学協会北海道支部 2013年 冬季研究発表会
    • 発表場所
      北海道大学(札幌市)
    • 年月日
      20130129-20130130
  • [学会発表] 細胞骨格系(微小管)を対象としたフラグメンテーション試験法の開発とその破壊モデル2013

    • 著者名/発表者名
      濱野芳美
    • 学会等名
      2013年化学系学協会北海道支部冬季研究発表会
    • 発表場所
      北海道大学(札幌市)
    • 年月日
      20130129-20130130
  • [学会発表] 動的ネットワークシステムの構築とその自立応答性2013

    • 著者名/発表者名
      井上大介
    • 学会等名
      第24回高分子ゲル研究討論会
    • 発表場所
      東京大学山上会館(東京)
    • 年月日
      20130116-20130117
  • [学会発表] Formation of ring-shaped microtubule assemblies driven by dynein2012

    • 著者名/発表者名
      Masaki Ito
    • 学会等名
      Challenges in Advances Chemistry of Asia Frontier” Chemistry Center (FCC) International Symposium,
    • 発表場所
      Hokkaido university (Sapporo)
    • 年月日
      20121206-20121207
  • [学会発表] How to Integrate Bio-molecular Motors towards Bio-Actuators Fueled by ATP2012

    • 著者名/発表者名
      Akira Kakugo
    • 学会等名
      International Union of Materials Research Societies (IUMRS-ICEM2012)
    • 発表場所
      Pacifico Yokohama (Yokohama)
    • 年月日
      20120923-20120928
  • [学会発表] 静的・動的伸展場における生体分子モーター(微小管/キネシン系)の運動特性2012

    • 著者名/発表者名
      井上大介
    • 学会等名
      第61回高分子討論会
    • 発表場所
      名古屋工業大学(名古屋市)
    • 年月日
      20120919-20120921
  • [学会発表] 逆行性分子モーターダイニンにより集積されたマイクロチューブル群の運動特性2012

    • 著者名/発表者名
      伊藤正樹
    • 学会等名
      第61回高分子討論会
    • 発表場所
      名古屋工業大学(名古屋市)
    • 年月日
      20120919-20120921
  • [学会発表] 能動的自己組織化過程で生まれるマイクロチューブル群の運動特性2012

    • 著者名/発表者名
      井上大介
    • 学会等名
      第61回高分子討論会
    • 発表場所
      名古屋工業大学(名古屋市)
    • 年月日
      20120919-20120921
  • [学会発表] リング状マイクロチューブル群の回転方向制御2012

    • 著者名/発表者名
      角五彰
    • 学会等名
      第61回高分子討論会
    • 発表場所
      名古屋工業大学(名古屋市)
    • 年月日
      20120919-20120921
  • [学会発表] 逆行性分子モーターダイニンにより形成されるマイクロチューブル集合体の運動特性2012

    • 著者名/発表者名
      伊藤正樹
    • 学会等名
      第6回バイオ関連化学シンポジウム
    • 発表場所
      北海道大学(札幌市)
    • 年月日
      20120906-20120907
  • [学会発表] 胞骨格(微小管)を対象としたフラグメンテーション試験法の開発とその破壊挙動の評価2012

    • 著者名/発表者名
      濱野芳美
    • 学会等名
      第27回生体機能関連化学シンポジウム 若手フォーラム
    • 発表場所
      北海道大学(札幌市)
    • 年月日
      20120905-20120905
  • [学会発表] 細胞骨格系を対象としたフラグメンテーション試験法の開発と微小管をモデルとした破壊挙動の評価2012

    • 著者名/発表者名
      濱野芳美
    • 学会等名
      2012年度北海道高分子若手研究会
    • 発表場所
      北海道大学(札幌市)
    • 年月日
      20120831-20120831
  • [学会発表] 逆行性分子モーターダイニンにより集積された微小管群の運動特性2012

    • 著者名/発表者名
      伊藤正樹
    • 学会等名
      2012年度北海道高分子若手研究会
    • 発表場所
      北海道大学(札幌市)
    • 年月日
      20120831-20120831
  • [学会発表] Organization of molecular motor through an energy dissipative Process」2012

    • 著者名/発表者名
      Akira Kakugo
    • 学会等名
      Collaborative Conference on Materials Research (CCMR) 2012
    • 発表場所
      Seoul Palace Hotel, Seoul, Korea
    • 年月日
      20120626-20120626
    • 招待講演
  • [備考] 物質化学研究室

    • URL

      http://wwwchem.sci.hokudai.ac.jp/matchemS/en/

  • [備考] 分子ロボティクス研究会

    • URL

      http://molbot.org/

  • [備考] エキゾチック自己組織化材料‐日本化学会

    • URL

      http://exotic.chemistry.or.jp/

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公開日: 2014-07-24  

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