DNAの高次構造転移についての統計物理学的研究

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高分子物理学の立場から、DNAの高次構造転移についての研究を進めている。特に、これまで一貫して分子鎖の硬さの効果と静電相互作用の効果に注目して研究を行ってきた。また、狭い空間での高分子鎖の性質についての研究も進めている。平成16年度の主な研究実績は以下のようである。(1)DNAは様々な条件下で鎖が部分的に折り畳まれた「分子内相分離構造」という新奇な構造をとることが、近年の一分子観察実験により明らかになってきた。この現象では、DNA鎖の「硬さ」、「電荷」の効果が本質的に重要な役割を果たしていると考えられる。DNAの折り畳みを「硬い荷電高分子の折り畳み転移」という立場から捕らえ、「分子内相分離構造」における物理的メカニズムを提案した。(2)真核生物のDNAの折り畳み構造は多段階の階層構造を為している。その第一段階における、"Nucleosome"構造の安定性・動的な性質を明らかにするために、球状粒子と紐状分子とからなるシンプルなモデルを構築し、理論的な研究を行った。特に、紐状分子に作用する張力応答について考察をすすめ、(i)紐の硬さ、(ii)紐と球との複合体の構造、(iii)張力応答の3つの間の相関を見出した。(3)生体高分子の機能を考える上で、もしくは多くの工業的なプロセスにおいて、狭い空間に「閉じ込められた高分子鎖」の性質を理解することは重要な課題である。近年の膜蛋白質を用いた、一分子レベルでの「閉じ込め」実験は、多くの理論的なチャレンジを提供している。本研究では、「高分子鎖の閉じ込め」には、質的に異なる二つのケースがあることを理論的に指摘した。この概念は、膜蛋白質の実験を始め、多くの「閉じ込められた高分子」に関連する問題に、有用な視点を与えるものと期待される。