Heat Transfer and Molecular Structure in the Crowded Environment of the Cell

本研究では、混雑環境下における生体高分子の温度・熱に対する応答を分子動力学計算を用いて解析することにより、細胞内の分子環境が伝熱過程（熱伝導・熱伝達）に与える影響を明らかにすることを目的としている。1. 高分子混雑下での伝熱の様相（分子内・分子間での熱伝導・熱伝達や、配向・複合体形成などの影響）、2. 高分子自身の構造転移（熱・温度に依存した構造変化、相転移・相分離など）、の両者が対象であり、相互の関連を視野に入れつつ、現時点では別々に研究を進めている。1に関しては、前年度に引き続き、系内に温度差のある状況での伝熱や構造変化を、全原子分子動力学計算により解析した。タンパク質の濃厚溶液に加えて、今年度は複数の脂質２重膜モデルを含むモデルを構築して用いている。計算量の増大や境界条件によるアーティファクトが課題となっており、解析手法を検討している。これに加え、より現実の細胞に即したモデル構築に向けた補助的なテーマとして、研究協力者から提供された3次元電子顕微鏡による細胞構造データについて、定量的な解析や特徴抽出を開始した。機械学習による解析の自動化が進んだため、次年度以降、得られたデータを構造モデリングに反映する。2に関連した、温度による構造変化の生理的意義が示唆されているタンパク分子での構造転移に対する混雑の影響の解析については、アミロイドβタンパク質の中間温度域での構造動態についての考察を進めたが、混雑の影響については次年度の課題となった。

本研究では、混雑環境下における生体高分子の温度・熱に対する応答を分子動力学計算を用いて解析することにより、細胞内の分子環境が伝熱過程（熱伝導・熱伝達）に与える影響を明らかにすることを目的としている。1. 高分子混雑下での伝熱の様相（分子内・分子間での熱伝導・熱伝達や、配向・複合体形成などの影響）、2. 高分子自身の構造転移（熱・温度に依存した構造変化、相転移・相分離など）、の両者が対象であり、相互の関連を視野に入れつつ、現時点では別々に研究を進めている。1に関しては、前年度に引き続き、系内に温度差のある状況での伝熱や構造変化を、全原子分子動力学計算により解析した。タンパク質の濃厚溶液に加えて、今年度は複数の脂質２重膜モデルを含むモデルを構築して用いている。計算量の増大や境界条件によるアーティファクトが課題となっており、解析手法を検討している。これに加え、より現実の細胞に即したモデル構築に向けた補助的なテーマとして、研究協力者から提供された3次元電子顕微鏡による細胞構造データについて、定量的な解析や特徴抽出を開始した。機械学習による解析の自動化が進んだため、次年度以降、得られたデータを構造モデリングに反映する。2に関連した、温度による構造変化の生理的意義が示唆されているタンパク分子での構造転移に対する混雑の影響の解析については、アミロイドβタンパク質の中間温度域での構造動態についての考察を進めたが、混雑の影響については次年度の課題となった。