Structure formation of membranes in nonequilibrium

非平衡下で生体膜がとる多様な形状変化、パターン形成を明らかにするのが本研究課題の目的である。今年度は、曲率誘導タンパク質および、その制御因子の膜への吸着、膜上の拡散が引き起こす現象について反応拡散方程式と膜変形をカップルさせた計算を行い、膜チューブ上を伝搬する興奮波について調べた。膜変形速度を波の伝搬速度に比べて速くしていくと、膜変形による興奮波の消失が起こるようになり、さらに速くすると、興奮波がまた伝播するようになることがあることを明らかにした。また、興奮波により、球状のコブが生じる条件や波の分裂が起こる条件も明らかにした。膜チューブのネットワークでは、膜分岐での波の分裂、衝突による波の対消滅が起こる。興奮波の消失による波の逆走など、膜変形による伝搬経路の変更も見られた。この他に、平衡、および、非平衡下での３成分系において、市松模様とカゴメ格子状の膜ドメインが形成する条件をメッシュレス膜模型を用いたシミュレーションにより、明らかにした。生体膜を挟む液体間で、曲率誘導タンパク質の濃度差がある場合、膜への吸着脱離を介した流れが生じる。また、膜チューブ形成における曲率誘導タンパク質の天然変性領域の影響も調べた。天然変性領域は、膜に自発曲率を与えるとともに、タンパク質間、および、タンパク質集合体間に斥力を与えることを明らかにした。また、全原子分子動力学計算により、３種類の超長鎖脂肪酸の二重膜内での振る舞いも明らかにした。

非平衡下で生体膜がとる多様な形状変化、パターン形成を明らかにするのが本研究課題の目的である。今年度は、曲率誘導タンパク質および、その制御因子の膜への吸着、膜上の拡散が引き起こす現象について反応拡散方程式と膜変形をカップルさせた計算を行い、膜チューブ上を伝搬する興奮波について調べた。膜変形速度を波の伝搬速度に比べて速くしていくと、膜変形による興奮波の消失が起こるようになり、さらに速くすると、興奮波がまた伝播するようになることがあることを明らかにした。また、興奮波により、球状のコブが生じる条件や波の分裂が起こる条件も明らかにした。膜チューブのネットワークでは、膜分岐での波の分裂、衝突による波の対消滅が起こる。興奮波の消失による波の逆走など、膜変形による伝搬経路の変更も見られた。この他に、平衡、および、非平衡下での３成分系において、市松模様とカゴメ格子状の膜ドメインが形成する条件をメッシュレス膜模型を用いたシミュレーションにより、明らかにした。生体膜を挟む液体間で、曲率誘導タンパク質の濃度差がある場合、膜への吸着脱離を介した流れが生じる。また、膜チューブ形成における曲率誘導タンパク質の天然変性領域の影響も調べた。天然変性領域は、膜に自発曲率を与えるとともに、タンパク質間、および、タンパク質集合体間に斥力を与えることを明らかにした。また、全原子分子動力学計算により、３種類の超長鎖脂肪酸の二重膜内での振る舞いも明らかにした。