細胞内相分離における分子配向の役割

真核細胞の細胞内相分離 (タンパク質の液滴形成)において、タンパク質間に働く引力だけではなく、タンパク質の分子配向を揃える相互作用が重要であることが示唆されているが、その影響は今まで議論されていない。本年度は、分子配向の影響が液滴形成の条件に及ぼす影響を定性的に調べるため、タンパク質の濃度と配向とを変数とする場の理論モデルを構築した。構築したモデルから、安定かつ正確な計算手法 (Susanta K. Das and Alejandro D. Rey)を用いて、相図を描き、分子配向の効果によって相分離領域が広がることを確認した。従来の細胞内相分離のモデル(Flory-Huggins理論)においては一様な液体状態を示すパラメータ領域であっても、配向の効果を取り入れた本研究のモデルでは、相分離を引き起こす。今回のモデルでの相分離領域では、分子配向が揃っている相とランダムな相との相分離をも記述する。今までの細胞内相分離の理解においては、Flory-Huggins理論を用いて得られた相分離領域に系が侵入することで、単にタンパク質の液滴が形成されるというものであった。ところが、本年度に導いた結果は、従来のモデルにおける相分離領域に系が侵入する前の段階で、配向が揃う相が現れることを示唆する。すなわち、細胞内相分離のメカニズムにおいては、液滴形成の前段階などで配向の揃った状態 (ネマチック状態)を経由したのちに液滴形成を引き起こすことが考えられる。また、上で構築したタンパク質の二変数モデルをベースとして、タンパク質の濃度と配向とを変数とするタンパク質溶液の理論モデルを構築した。これにより、より実際の細胞に近い状況の相図を描くための準備が整った。

真核細胞の細胞内相分離 (タンパク質の液滴形成)において、タンパク質間に働く引力だけではなく、タンパク質の分子配向を揃える相互作用が重要であることが示唆されているが、その影響は今まで議論されていない。本年度は、分子配向の影響が液滴形成の条件に及ぼす影響を定性的に調べるため、タンパク質の濃度と配向とを変数とする場の理論モデルを構築した。構築したモデルから、安定かつ正確な計算手法 (Susanta K. Das and Alejandro D. Rey)を用いて、相図を描き、分子配向の効果によって相分離領域が広がることを確認した。従来の細胞内相分離のモデル(Flory-Huggins理論)においては一様な液体状態を示すパラメータ領域であっても、配向の効果を取り入れた本研究のモデルでは、相分離を引き起こす。今回のモデルでの相分離領域では、分子配向が揃っている相とランダムな相との相分離をも記述する。今までの細胞内相分離の理解においては、Flory-Huggins理論を用いて得られた相分離領域に系が侵入することで、単にタンパク質の液滴が形成されるというものであった。ところが、本年度に導いた結果は、従来のモデルにおける相分離領域に系が侵入する前の段階で、配向が揃う相が現れることを示唆する。すなわち、細胞内相分離のメカニズムにおいては、液滴形成の前段階などで配向の揃った状態 (ネマチック状態)を経由したのちに液滴形成を引き起こすことが考えられる。また、上で構築したタンパク質の二変数モデルをベースとして、タンパク質の濃度と配向とを変数とするタンパク質溶液の理論モデルを構築した。これにより、より実際の細胞に近い状況の相図を描くための準備が整った。