細胞内部の非平衡力学に基づく非熱的揺動力の計測

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23684036
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 生物物理・化学物理
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 水野 大介 九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (30452741)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2013-03-31
• キーワード: 非平衡力学 / 細胞力学 / マイクロレオロジー / レビ統計

研究概要

細胞内部環境のモデルシステムとしてのアクチン・ミオシンゲル、および細胞内部の固形成分を抽出した後生理活性を持つ低分子のみ除去した試料の力学応答、および揺らぎを計測した。生理活性を持つシステムにおいて観測された揺らぎの統計分布は、べき乗則に従う広い裾野を持ち、明らかに非ガウス的な形状を示した。観測された非平衡揺らぎはモータータンパク質等による力生成の動力学を反映する複数のＬＥＶY分布の重ね合わせとして理解できることが分かった。LEVY分布は力生成体の特性や強度の分散によらず不変な安定分布であるため、得られた結果は異なる性質を持つ力生成体が同時に働く細胞内部環境にも適用できる可能性がある。

研究成果

• [雑誌論文] High-frequency affine mechanics and nonaffine relaxation in a model cytoskeleton (2014)
  • 著者名/発表者名: David Head, Emi Ikebe, Akiko Nakamasu, Peijuan Zhang, Lara Gay Villaruz, Suguru Kinoshita, Shoji Ando and Daisuke Mizuno
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 42711 ページ: 89
  • URL: http://journals.aps.org/pre/abstract/10.1103/PhysRevE.89.042711
  • 査読あり
• [雑誌論文] local mechanical response in semiflexible polymer networks subjected to an axisymmetric prestress (2013)
  • 著者名/発表者名: David Head and Daisuke Mizuno
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 22717 ページ: 88
  • DOI: 10.1103/PhysRevE.88.02
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-resolution microrheology in the pericellular matrix of prostate cancer cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Nadja Nijenhuis, Daisuke Mizuno, Jos A. E. Spaan, and Christoph F. Schmidt
  • 雑誌名: J. Royal Soc. Interface ページ: 1742-5662
  • DOI: 10.1098
  • 査読あり
• [雑誌論文] Non-Gaussian athermal fluctuations in active gels Non-Gaussian athermal fluctuations in active gels (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Toyota, D. A. Head, C. F. Schmidt, and D. Mizuno
  • 雑誌名: Soft Matter 巻: 7 ページ: 3234-3239
  • DOI: 10.1039/C0SM00925C
  • 査読あり
• [学会発表] 揺動散逸定理を破る生き物の非平衡揺らぎの統計分布 (2014)
  • 著者名/発表者名: 水野 大介
  • 学会等名: 第69回日本物理学会年次大会シンポジウム「動的ゆらぎの普遍法則」
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 2014-03-28
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞内部の粘性に対する多成分高分子混み合い効果の影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西澤賢治, 藤原慶, 柳澤実穂, 水野大介
  • 学会等名: 日本物理学会69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 2014-03-27
• [学会発表] Non-Gauss athermal fluctuations in Bacterial bath (2014)
  • 著者名/発表者名: Masato Aridome, takasi kurihara, Heev Ayade, Irwin Zaid, Daisuke Mizuno
  • 学会等名: 国際学会, 58th annual meeting of Biophysical Society
  • 発表場所: Moscone Convention Center, San Francisco, USA
  • 年月日: 2014-03-27
• [学会発表] Athermal Fluctuations of Probe Particles in Active Cytoskeletal Network (2014)
  • 著者名/発表者名: Heev Ayade, Irwin Zaid, Daisuke Mizuno
  • 学会等名: 国際学会, 58th annual meeting of Biophysical Society
  • 発表場所: Moscone Convention Center, San Francisco, USA
  • 年月日: 2014-02-16
• [学会発表] Non-Gauss athermal fluctuations in Bacterial bath (2014)
  • 著者名/発表者名: Masato Aridome, takasi kurihara, Heev Ayade, Irwin Zaid, Daisuke Mizuno
  • 学会等名: 国際学会, KITP conference "Active Processes in Living and Nonliving Matter"
  • 発表場所: Kavli Institute for Theoretical Physics, University of California, Santa Barbara, USA
  • 年月日: 2014-02-12
• [学会発表] Athermal Fluctuations of Probe Particles in Active Cytoskeletal Network (2014)
  • 著者名/発表者名: Heev Ayade, Irwin Zaid, Daisuke Mizuno
  • 学会等名: 国際学会, KITP conference "Active Processes in Living and Nonliving Matter"
  • 発表場所: University of California, Santa Barbara, USA
  • 年月日: 2014-02-10
• [学会発表] 生き物の非平衡揺らぎ・混みあい効果と力学特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 水野大介
  • 学会等名: 揺らぎと構造の協奏 : 非平衡系における普遍法則の確率第一回領域研究会
  • 発表場所: KKR ホテル熱海
  • 年月日: 20131225-27
• [学会発表] マイクロレオロジーを用いた非平衡系(生き物)の力学計測 (2013)
  • 著者名/発表者名: 水野大介
  • 学会等名: ミクロからマクロへ階層を超える秩序形成のロジック夏合宿研究会
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場
  • 年月日: 20130826-28
• [学会発表] 細胞集団が形成する組織の非 線形・非平衡メカニクスと自発生成力の観測 (2013)
  • 著者名/発表者名: 水野大介
  • 学会等名: ミクロからマクロへ階層を超える秩序 形成のロジック2013年度班会議
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場
  • 年月日: 20130612-14
• [学会発表] Nonlinear force propagation, anisotropic stiffening and non-affine relaxation in a model cytoskeleton (2013)
  • 著者名/発表者名: D. Mizuno
  • 学会等名: Self-organization and Emergent Dynamics in Active Soft Matter
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 20130218-20
• [学会発表] 多様な高分子の混み合い効果が細胞内粘性へ及ぼす影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 西澤賢治, 藤原慶, 柳澤実穂, 水野大介
  • 学会等名: 第3回ソフトマター研究会
  • 発表場所: 首都大学東京
  • 年月日: 2013-12-13
• [学会発表] 生き物の非平衡揺らぎの統計分布と力学特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 水野大介(九大理)
  • 学会等名: 第7回物性科学領域横断研究会 (領域合同研究会)
  • 発表場所: 東京大学・武田ホール
  • 年月日: 2013-12-01
• [学会発表] 高分子ゲルの広帯域マイクロレオロジー (2013)
  • 著者名/発表者名: 栗原喬、有留真人、水野大介
  • 学会等名: 日本物理学会第119回九州支部例会
  • 発表場所: 久留米工業大学
  • 年月日: 2013-11-30
• [学会発表] 遊走バクテリア懸濁液中における非平衡揺らぎの統計分布 (2013)
  • 著者名/発表者名: 有留真人、栗原喬、Heev Ayade, Irwin Zaid, 水野大介
  • 学会等名: 日本物理学会第119回九州支部例会
  • 発表場所: 久留米工業大学
  • 年月日: 2013-11-30
• [学会発表] 細胞内の力学環境に対する分子混み合い効果 "Molecular crowding effects on intracellular mechanical environments" (2013)
  • 著者名/発表者名: 西澤賢治, 藤原慶, 柳澤実穂, 水野大介
  • 学会等名: 日本生物物理学会2013年会
  • 発表場所: 京都国際会議場
  • 年月日: 2013-10-29
• [学会発表] Athermal Fluctuations of Probe Particles in Active Cytoskeletal Networks (2013)
  • 著者名/発表者名: Zaid Irwin, Ayade Heev, Yeomans Julia, Mizuno Daisuke
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会年会 The 51st Annual Meeting of the BSJ
  • 発表場所: 京都、アネックスホール
  • 年月日: 2013-10-28
• [学会発表] nonlinear stress propagation, anisotropic stiffening, and nonaffine relaxations in cytoskeletal networks (2013)
  • 著者名/発表者名: 水野 大介 1, Villaruz Lara 1, 中益 朗子 1, 池辺 詠美 1, Head David 2
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会年会 The 51st Annual Meeting of the BSJ
  • 発表場所: 京都、アネックスホール
  • 年月日: 2013-10-28
• [学会発表] Levy statistics and dynamics in active cytoskeletons (2013)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Mizuno
  • 学会等名: 国際, 15th SPVM National Physics Conference in Davao
  • 発表場所: Davao City, Philippines
  • 年月日: 2013-10-26
  • 招待講演
• [学会発表] Levy statistics and dynamics in active cytoskeletons (2013)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Mizuno
  • 学会等名: 国際, 2013 SPP Physics Congress
  • 発表場所: University of San Carlos, Cebu city, Philippines
  • 年月日: 2013-10-24
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞内マイクロレオロジーに対する分子混み合い効果 (2013)
  • 著者名/発表者名: 西澤賢治, 藤原慶, 柳澤実穂, 水野大介
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋大会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 2013-09-25
• [学会発表] Microrheology study of crowding effects on cell mechanics (2013)
  • 著者名/発表者名: 西澤賢治, 藤原慶, 柳澤実穂, 水野大介
  • 学会等名: International Soft Matter Conference
  • 発表場所: ローマ大
  • 年月日: 2013-09-18
• [学会発表] Levy statistics and dynamics in active cytoskeletons (2013)
  • 著者名/発表者名: Heev Ayade, Irwin Zaid, Daisuke Mizuno
  • 学会等名: 国際学会, International Soft Matter Conference
  • 発表場所: Rome Italy
  • 年月日: 2013-09-17
• [学会発表] 生体ソフトマターの非平衡力学計測システムの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 水野大介
  • 学会等名: 2013旭硝子財団助成研究発表会
  • 発表場所: ホテルグランドヒル市ヶ谷
  • 年月日: 2013-07-29
• [学会発表] Levy statistics and dynamics in active cytoskeletons (2013)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Mizuno
  • 学会等名: 国際, 研究会, Taiwan International Workshop on Biological Physics and Complex Systems (BioComplex-Taiwan-2013)
  • 発表場所: national Taiwan University
  • 年月日: 2013-07-19
• [学会発表] Rigidity sensing and active cytoskeleton (2013)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Mizuno
  • 学会等名: Regional Bio-Soft Matter Workshop-2011
  • 発表場所: National Taiwan University, Taipei
  • 年月日: 2013-07-18
  • 招待講演
• [学会発表] Glass-like behavior in cells (2013)
  • 著者名/発表者名: 西澤賢治, 藤原慶, Marcel Bremerich, 柳澤実穂, 水野大介
  • 学会等名: 7th Mini-Symposium on Liquids
  • 発表場所: 九州大学
  • 年月日: 2013-07-06
• [学会発表] マイクロレオロジーを用いた細胞内部の力学特性の研究～分子の混み合い効果～ (2013)
  • 著者名/発表者名: 西澤賢治, 藤原慶, 柳澤実穂, 水野大介
  • 学会等名: 第一回西日本非平衡ミニシンポジウム
  • 発表場所: 九州大学
  • 年月日: 2013-05-31
• [学会発表] Feedback-enhanced Microrheology (2013)
  • 著者名/発表者名: HEEV AYADE, MARCEL BREMERICH, HIROSHI ARIMATSU, DAISUKE MIZUNO
  • 学会等名: APS March meeting 2013
  • 発表場所: Baltimore, Maryland, USA
  • 年月日: 2013-03-20
• [学会発表] Nonlinear force propagation, anisotropic stiffening and non-affine relaxation in a model cytoskeleton (2013)
  • 著者名/発表者名: D. Mizuno
  • 学会等名: APS March meeting 2013
  • 発表場所: Baltimore, Maryland, USA
  • 年月日: 2013-03-20
• [学会発表] Athermal Fluctuations of Probe Particles in Active Cytoskeletal Networks (2013)
  • 著者名/発表者名: HEEV AYADE, IRWIN ZAID, DAISUKE MIZUNO
  • 学会等名: APS March meeting 2013
  • 発表場所: Baltimore, Maryland, USA
  • 年月日: 2013-03-20
• [学会発表] マイクロレオロジーを活用した塗膜構造形成過程の理解 (2013)
  • 著者名/発表者名: 水野大介
  • 学会等名: 平成24年度先端膜工学研究推進機構春季講演会
  • 発表場所: 神戸大学
  • 年月日: 2013-03-05
• [学会発表] Anisotropic stiffening of cytoskeletons by local force transmission (2012)
  • 著者名/発表者名: D. Mizuno
  • 学会等名: Physcell 2012
  • 発表場所: Hyeres, France
  • 年月日: 20120902-08
• [学会発表] フィードバック増強active/passive マイクロレオロジーによる細胞骨格の力学計測 (2012)
  • 著者名/発表者名: Marcel Bremerich, 有松寛, 水野大介
  • 学会等名: 第118回日本物理学会九州支部例会
  • 年月日: 2012-12-08
• [学会発表] 広帯域マイクロレオロジーにより観測される細胞骨格の非線形かつ異方的かつ非アファインな力学応答 (2012)
  • 著者名/発表者名: 水野大介, David Head
  • 学会等名: 第118回日本物理学会九州支部例会
  • 発表場所: 琉球大学
  • 年月日: 2012-12-08
• [学会発表] Athermal Fluctuations of Different Probe Sizes in Active Cytoskeletal Networks (2012)
  • 著者名/発表者名: Heev Ayade, Irwin Zaid, 山本匠, 豊田聖啓, Peijuan Zhang, Julia Yeomans, 水野大介
  • 学会等名: 第118回日本物理学会九州支部例会
  • 年月日: 2012-12-08
• [学会発表] 揺動散逸定理を破る非平衡揺らぎの時空間構造 (2012)
  • 著者名/発表者名: 水野大介
  • 学会等名: 第17回久保記念シンポジウム「ゆらぎのなかの構造」
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2012-10-06
  • 招待講演
• [学会発表] 力生成する細胞(骨格)が示す非平衡揺らぎの統計分布 (2012)
  • 著者名/発表者名: 水野大介
  • 学会等名: 第2回ソフトマター研究会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2012-09-26
  • 招待講演
• [学会発表] AFM Probing Opioid Signalosome on Neuroblastoma (2012)
  • 著者名/発表者名: Lara Villaruz, Junhua Li, Catherine Tardin, Daisuke Mizuno
  • 学会等名: 第50回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2012-09-24
• [学会発表] Non-Gauss athermal fluctuations in active cytoskeletons (2012)
  • 著者名/発表者名: D. Mizuno
  • 学会等名: The 50th Annual Meeting of the BSJ, Symposium"Living matter far from equilibrium : from DNA to cytoskeletons and cells"
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2012-09-23
  • 招待講演
• [学会発表] Feedback-enhanced active-passive microrheology in cells (2012)
  • 著者名/発表者名: 有松寛, Bremerich Marcel, 水野大介, Ayade Heev, Zhang Peijuan
  • 学会等名: 第50回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2012-09-23
• [学会発表] Athermal Fluctuations in Active Cytoskeletal Networks Follow Truncated Levy Distribution (2012)
  • 著者名/発表者名: Ayade Heev, 山本匠, 水野大介
  • 学会等名: 第50回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2012-09-23
• [学会発表] Force transmission and anisotropic stiffening of reconstituted cytoskeletons (2012)
  • 著者名/発表者名: Head David, 池辺詠美, 中益朗子, Zhang Peijuan, 安藤祥司, 水野大介
  • 学会等名: 第50回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2012-09-22
• [学会発表] Non-Gauss a-thermal fluctuations in active cytoskeletons (2012)
  • 著者名/発表者名: D. Mizuno
  • 学会等名: Biological & Pharmaceutical Complex Fluids : New Trends in Characterizing Microstructure, Interactions & Properties An ECI Conference
  • 発表場所: Tomar, Portugal
  • 年月日: 2012-08-01
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞(骨格)の非平衡揺らぎと非線形かつ異方的かつ非affine な力学応答 (2012)
  • 著者名/発表者名: 水野大介
  • 学会等名: 第2回ソフトな物工の未来を考える会
  • 発表場所: かずさアカデミアホール 千葉
  • 年月日: 2012-07-07
  • 招待講演
• [学会発表] AFM probing opioid signalosome on neuroblastoma (2012)
  • 著者名/発表者名: Lara Gay M. Villaruz ,Catherine Tardin,Daisuke Mizuno
  • 学会等名: 日本物理学会 第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学
  • 年月日: 2012-03-27
• [学会発表] Dynamic behavior of non-equilibrium mechanics in cell models (2012)
  • 著者名/発表者名: Peijuan Zhang Heev Ayade,Daisuke Mizuno
  • 学会等名: 日本物理学第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] Thermal and Athermal Fluctuations in an Active Gel (2012)
  • 著者名/発表者名: Heev L. Ayade,Peijuan Zhang,Toshihiro Toyota,Irwin M. ZaidA,Julia YeomansA and Daisuke Mizuno
  • 学会等名: 日本物理学会 第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学
  • 年月日: 2012-03-25
• [学会発表] ビメンチン細胞骨格の非線形かつ異方的な力学応答 (2012)
  • 著者名/発表者名: David A. Head,池辺詠美,中益朗子,Peijuan Zhang,木下英,安藤祥司,水野大介
  • 学会等名: 日本物理学会 第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学
  • 年月日: 2012-03-25
• [学会発表] The thermal and athermal fluctuations in active gel (2011)
  • 著者名/発表者名: Heev Ayade, Peijuan Zhang, 豊田聖啓, 水野大介
  • 学会等名: 第117回日本物理学会九州支部例会
  • 発表場所: 佐賀大学
  • 年月日: 2011-12-03
• [学会発表] 非熱的に駆動された細胞モデルの非平衡レオロジー (2011)
  • 著者名/発表者名: Peijuan Zhang, Heev Ayade, 水野大介
  • 学会等名: 第117回日本物理学会九州支部例会
  • 発表場所: 佐賀大学
  • 年月日: 2011-12-03
• [学会発表] Lara Gay M. Villaruz ,Catherine TardinA,Daisuke Mizuno (2011)
  • 著者名/発表者名: AFM probing opioid signalosome on neuroblastoma
  • 学会等名: 第117回日本物理学会九州支部例会
  • 発表場所: 佐賀大学
  • 年月日: 2011-12-03
• [学会発表] 外力下におけるvimentin ネットワークのマイクロレオロジー (2011)
  • 著者名/発表者名: 張通, Peijuan Zhang, 木下英, 安藤祥司, 水野大介
  • 学会等名: 第117回日本物理学会九州支部例会
  • 発表場所: 佐賀大学
  • 年月日: 2011-12-03
• [学会発表] Mechano-sensing and active cytoskeleton (2011)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Mizuno
  • 学会等名: 5TH SICBM 2011
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 2011-11-06
  • 招待講演
• [学会発表] Non-Gaussian athermal fluctuations in active gels (2011)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Mizuno
  • 学会等名: 17th IUPAB International Biophysics Congress (17th IBC)
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2011-11-02
• [学会発表] Exploring the physical calibration mechanism for cellular mechano-sensing (2011)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Mizuno
  • 学会等名: 17th IUPAB International Biophysics Congress (17th IBC)
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2011-10-31
• [備考]
  • URL: http://sleipnir.sci.kyushu-u.ac.jp/mizuno/index.html