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

细胞拥挤环境中的传热和分子结构

• 批准号: 21K03487
• 负责人: 冨樫 祐一
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Ritsumeikan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03487/
• 关键词: 熱伝導; 熱伝達; 生体高分子; 生体膜; 超分子混雑; 分子構造動態; 分子動力学計算; シミュレーション; 細胞内環境; 高分子構造; 生物物理

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。

In this study, the temperature and heat of living macromolecules in a mixed environment were analyzed using molecular dynamics calculations and analysis methods. Thermal process (thermal conduction and heat transfer) of the molecular environment inside the cell and the influence of heat and heat on the purpose of heat treatment. 1. Thermal phase of polymer mixture (influence of intra-molecular and intermolecular thermal conduction, thermal transmission, alignment, and complex formation), 2. Structural change of the polymer itself (heat and temperature dependence of structural change, phase change and phase separation), change of structure The object is the image, the mutual connection is the horizon, the current point is the research, the research is the progress. 1に关しては, previous year's にinduced き続き, system temperature difference のある status での伝Thermo や structural change を, all-atom molecular dynamics calculation により ANALYSIS した. This year's multi-lipid 2-layer membrane モデルをcontaining むモデルを constructed して use いている. The amount of calculations has increased, the boundary conditions have been improved, and the analytical techniques have been improved. Kazuya Kazuya, Kazuya Kazuya, who built the cell system Yukaru, supported Kazuya, and research co-operator Kazuo We provide three-dimensional electron microscopy, cell structure analysis, and quantitative analysis and extraction. Mechanical learning is used to analyze the automation of the machine learning, and from the next year onwards, it is reflected in the structure of the machine learning system. 2. The physiological significance of the relationship between temperature and structural change. Analysis of the influence of the chemical structure of the molecular structure and the mixing of the moleculesは、アミロイドβタンパクqualityのIntermediate temperature domainでのstructural dynamicsについてのInvestigation is carried out, and the influence of mixed environment is carried out, and the next year's project is carried out.

项目成果

個人Webサイト（冨樫）

个人网站（富坚）

機械学習による3D細胞モデル構築とオルガネラ情報の定量化 ―FIB-SEMを用いた細胞画像の解析―

使用机器学习构建 3D 细胞模型并量化细胞器信息 -使用 FIB-SEM 分析细胞图像 -

• 发表时间: 2022
• 作者: 高坂 仁;岩根 敦子;冨樫 祐一
• 通讯作者: 冨樫 祐一

Effect of D-aspartic acid on the conformational dynamics of amyloid-β1-42 protein

D-天冬氨酸对淀粉样蛋白-β1-42 蛋白构象动力学的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Yu Fukuda;Takeru Kameda;Shin-ichi Tate;Yuichi Togashi
• 通讯作者: Yuichi Togashi

A method for automatically constructing 3D cell models from sequential cross-sectional images using deep learning

一种使用深度学习从连续横截面图像自动构建 3D 细胞模型的方法

• 发表时间: 2023
• 作者: Jin Kousaka;Atsuko H. Iwane;Yuichi Togashi
• 通讯作者: Yuichi Togashi

脂質二重膜モデルでの伝熱特性の解析

使用脂质双层模型分析传热特性

• 发表时间: 2022
• 作者: 久保田 光紀，冨樫 祐一