2023 年度実績報告書

生体内反応のフロッケ・エンジニアリング

研究課題

研究課題/領域番号	23H01140
配分区分	補助金
研究機関	東京大学
研究代表者	岡隆史東京大学, 物性研究所, 教授 (50421847)
研究分担者	永田崇東京大学, 物性研究所, 助教 (90589962)
研究期間 (年度)	2023-04-01 – 2026-03-31
キーワード	生体内情報伝達ネットワーク / フロッケ・エンジニアリング
研究実績の概要	本研究では、理論と実験の協力により細胞内情報伝達ネットワークを制御する新しい手法の開発を目指している。理論サイドでは、非エルミートトポロジーとフロケ工学を融合した新しい確率的化学反応モデルの構築に取り組んだ。特に、酵素触媒反応における競合阻害という現象に注目し、それを非エルミートタイトバインディングモデルとして量子力学的に記述することで、化学反応過程を波動関数の時間発展として再解釈した。このアプローチにより、物性物理では知られているスキン効果やポンプ効果などを古典確率系の現象として解釈することで、従来の化学反応モデルでは捉えきれなかった現象を明らかにした。特に、基質を奪い合う複数の反応経路における反応確率分布の非局在化現象や、時変制御下での選択的反応促進といった動的効果に対して、新しい理論的枠組みを提供している。具体的には、細胞内シグナル伝達に重要なcAMP（cyclic AMP）経路をケーススタディとし、時間的に変調された化学反応速度のもとで競合阻害がどのように現れるかを解析している。さらに、実験サイドでは、ロドプシンを用いた光遺伝学的実験を実施する準備を整えた。特に、従来の光遺伝学的手法ではパルス的に光を照射していたのを、連続的に光の強さを変化させる手法を整備した。また、２０２５年度に取り組む予定のネットワークを用いて定式化された細胞内情報伝達系をモデル化し、数値計算によって解析する手法も開発を行った。
現在までの達成度	現在までの達成度 2: おおむね順調に進展している理由理論モデルの構築は着目した自由度に応じて二種類がほぼ完成しており、それらの論文を今年度中に投稿予定です。理論としては非常に興味深い結果が得られたと考えています。実験についても光の強度を可変的に調整する特殊なライトを購入し、調整を行っているところです。
今後の研究の推進方策	今年度は実際の実験を実施し、理論模型と比較することになります。理論模型のパラメーターには実験データを反映させる必要があるので、その調整に時間がかかる恐れがあります。