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2011 年度 実績報告書

生体膜の膜融合ダイナミクス

公募研究

研究領域揺らぎが機能を決める生命分子の科学
研究課題/領域番号 23107709
研究機関東京大学

研究代表者

野口 博司  東京大学, 物性研究所, 准教授 (00514564)

キーワードソフトマター物理 / 生物物理 / シミュレーション
研究概要

生体膜の融合、分裂は生命活動の多くの過程(細胞でのベシクルによる膜動輸送、シナプスでの神経伝達物質の放出、ウイルスの感染など)で起こる素過程であり、その融合経路を明らかにすることは生物物理学として非常に重要である。本研究では分子シミュレーションを用いて、膜融合を起こす条件とその融合経路とダイナミクスを研究する。
本年度は、本研究者がこれまでに開発した粗視化脂質分子模型を用いて、膜の曲げ弾性、単分子膜の自発曲率など、生体膜の性質に膜融合がどのように依存するかを研究した。最近、申請者が構築した新しい脂質分子模型を本研究に用いた。この模型では膜の曲げ弾性と単分子膜の自発曲率などを自由に変化さることができる。レーザーピンセットを模したコロイド粒子の挟み込みによる膜融合では、条件によって、中間体hemifusion diaphragmを経るか、もしくは中間体を経ずに融合する。そこで、この膜融合中間体hemifusion diaphragmに注目し、その安定性を詳しく調べた。hemifusion diaphragmには膜の分岐構造が見られるが、この分岐の形成に必要なフリーエネルギーをシミュレーションで見積もる手法を開発した。六方格子状に膜を張り、圧力テンソルの奥行き方向と多方向との値の差から線聴力として求めることができる。また、理論模型によってもフリーエネルギーを解析し、シミュレーションで得られた値と良い一致をすることを示した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

初年度にもかかわらず、膜融合における重要な中間体であるhemifusion diaphragmのフリーエネルギーの値の見積に成功している。

今後の研究の推進方策

まず、2成分の脂質からなるベシクルにおいて、相分離による膜の分裂について調べる。2相の境界線での張力と各相での膜端の張力の比によって、亀裂の起こる場所が変わることが予想される。これらの張力を調整することで分裂の経路を制御することができる可能性がある。
また、単成分膜において、膜の曲げ弾性、単分子膜の自発曲率などを膜の性質を幅広く変えるとともに、膜融合タンパク質模型を構築し、その融合機構を調べる。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] Line tension of branching junctions of bilayer membranes2012

    • 著者名/発表者名
      H.Noguchi
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: 8 ページ: 3146-3153

    • DOI

      10.1039/C2SM06943A

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 分子シミュレーション研究会学術賞受賞寄稿「生体膜の粗視化シミュレーション」2012

    • 著者名/発表者名
      野口博司
    • 雑誌名

      アンサンブル

      巻: 14 ページ: 1-4

  • [学会発表] 生体膜の粗視化シミュレーション2012

    • 著者名/発表者名
      野口博司
    • 学会等名
      スーパーコンピュータワークショップ2012
    • 発表場所
      分子研究所(愛知県)(招待講演)
    • 年月日
      2012-01-24
  • [学会発表] 学術賞受賞講演「生体膜の粗視化シミュレーション」2011

    • 著者名/発表者名
      野口博司
    • 学会等名
      第25回分子シミュレーション討論会
    • 発表場所
      東京工業大学(東京)(招待講演)
    • 年月日
      2011-12-06
  • [学会発表] 膜融合のシミュレーション2011

    • 著者名/発表者名
      野口博司
    • 学会等名
      揺らぎと生体機能A03班班会議
    • 発表場所
      休暇村近江八幡(滋賀県)
    • 年月日
      2011-11-03
  • [学会発表] Dynamics of biomembranes in nano- to micro-meter scales2011

    • 著者名/発表者名
      H.Noguchi
    • 学会等名
      the 7th Congress of the International Society for Theoretical Chemical Physics (ISTCP-VII)
    • 発表場所
      早稲田大学(東京)(招待講演)
    • 年月日
      2011-09-03
  • [学会発表] 粗視化分子模型による脂質膜のシミュレーション2011

    • 著者名/発表者名
      野口博司
    • 学会等名
      新学術領域「揺らぎと生体機能」合同班会議
    • 発表場所
      ゆうばりホテルシューパロ(北海道)
    • 年月日
      2011-06-29

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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