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生体分子マシンが誘起する細胞内レオロジー応答の理論研究

生物分子机器诱导细胞内流变反应的理论研究

基本信息

批准号：
19J20271
负责人：
保阪悠人
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Tokyo Metropolitan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

近年、細胞内化学反応に関わる遺伝子を特定することによって、分子生物学的な観点から細胞内の機械的性質を明らかにする研究が行われてきた。一方、細胞内の非平衡性を定量化することで、機械的性質とは対極をなす細胞の生物らしさを抽出する研究が最近では幅広く行われている。私は、大域的な測定から得られる巨視的な粘性率に注目して、細胞内非平衡性の定量化を目指す細胞内レオロジーという新たな理論的枠組みを提案した。以下に、2021年度の研究課題に関して実施した二つの研究を報告する。(1)反対称粘性率をもつ二次元液滴に作用する流体力学的な揚力本研究では、二次元流体内を移動する液体ドメインに働く力に対する反対称粘性率の影響を議論した。生体系では、自己回転する生体分子マシンがドメイン内部に局在化することで脂質ドメインを形成しているため、ドメインの内外で異なる反対称粘性率を考慮した。二次元流体から外部への運動量の流出を導入することで、移動するドメインに働く流体力学的な力を計算した。ドメイン内外で反対称粘性率が異なる場合にのみ、揚力が発生することが明らかになった。この成果は、Physical Review E誌から出版された。(2)反対称粘性率を持つ流体におけるアクティブな酵素の集団運動本研究では、生体系におけるアクティブマターの振る舞いを理解するために、反対称粘性率をもつ流体における酵素タンパク質の集団運動を解析する。反対称粘性率をもつ二次元流体中に二つの酵素分子を導入し、粒子間相互作用を考慮した二体問題を解析した。解析の結果、反対称粘性率が存在しない平衡状態では、二粒子間距離が発散するような振る舞いが見られた。一方、アクティブな流体の場合、二粒子が螺旋状の軌跡を示すことが分かった。反対称粘性率が十分大きい極限では、酵素が円状と放射状軌道の二種類の振動的な振る舞いを示すことが明らかになった。

In recent years, intracellular chemical reactions related to gene specificity, molecular biology, and intracellular mechanical properties have been studied. A quantitative study of cellular disequilibria, mechanical properties, and biological extraction of polar cells has recently been conducted. The measurement of viscosity in a large domain is reported. The quantification of intracellular disequilibrium is reported. The new theory is proposed. The following is a report on the implementation of the second research project for 2021. (1)This paper discusses the influence of fluid dynamics on the antisymmetric viscosity of a two-dimensional fluid. In the biological system, the molecular structure of the organism is different from that of the internal structure, and the viscosity of the lipid is different from that of the internal structure Calculation of forces in fluid dynamics of two-dimensional fluids When the viscosity ratio of the inner and outer parts of the film is different, the pressure is generated. The results were published in Physical Review E Journal. (2)In this study, we analyzed the molecular dynamics of enzymes in the bio-system. The interaction between particles and enzymes in a two-dimensional fluid is considered and the two-body problem is analyzed. As a result of the analysis, the inverse viscosity ratio exists in the equilibrium state, and the distance between the two particles is dispersed. In the case of a fluid, two particles form a spiral trajectory. The opposite viscosity ratio is very large, and the enzyme has two kinds of vibration: circular and radial.