Non-equilibrium mechanics of cellular symmetry and migratory principle by active gel physics

活性凝胶物理的细胞对称性非平衡力学和迁移原理

• 批准号: 21K18605
• 负责人: 前多 裕介
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18605/
• 关键词: アクティブマター; 細胞骨格; 人工細胞; 非平衡物理学; マイクロ流体デバイス; 合成生物学; 秩序形成; アクトミオシン; 分子モーター; 実験

細胞はエネルギーを消費し，変形しつつ自律的に運動する複雑な分子システムである．本研究ではアクチン細胞骨格とミオシン分子モーターのアクティブゲルを細胞サイズの油中液滴に封入し，その自律的運動の原理をマイクロ流体デバイスならびにソフトマター物理学の見地から明らかにする．これまでに脂質膜とアクトミオシンゲルとが接着する機能的膜界面を持つ人工細胞を構築し，アクトミオシンの収縮力が外部基盤に伝割自律的な運動が起こることを明らかにした．狭い空間に拘束された人工細胞の運動では，界面摩擦力と流体抵抗のバランスが運動速度を定め，効率的な力の伝達に外部環境と細胞表面の相互作用が不可欠であることを突き止め，本年度に論文発表を行った（PNAS 2022）．また，重要なことに運動の推進力は，アクトミオシンが波のように伝搬する「アクチン波」から伝達された摩擦力である．しかしアクトミオシン波の発生原理は十分な理解がなく，理論モデルの構築を通じて，細胞内空間において分子モーターの力が周期的アクチン波を形成するメカニズムの解明を目指した．細胞区画内の①アクトミオシン流動場の方程式，②細胞骨格の連続の式，③細胞の形を表す方程式の３つでアクティブゲルモデルを構築した．フェーズフィールド法を元に細胞区画を設定し，周期的なアクチン波が再現されるかを数値計算で検証したところ，ミオシンの収縮力とアクチン繊維の重合率を主要パラメータとして周期的アクチン波が現れる条件を突き止めた（Phys Rev Res 2023）.

The cell is in the process of being consumed. In this study, we investigated the mechanism of self-regulation of fluid motion in the encapsulated droplets of oil in the cellular framework and molecular dynamics. The membrane interface of the lipid membrane and the function of adhesion are constructed by artificial cells, and the contraction force of the lipid membrane and the self-regulating movement of the external substrate are generated. In this paper, the author presents a series of proposals on the motion of artificial cells in narrow space, such as interfacial friction, fluid resistance, motion velocity, efficiency, force, external environment and cell surface interaction (PNAS 2022). The thrust of the important motion is the friction of the waves. The theory of wave generation is well understood, and the theory of wave construction is well understood. The theory of wave generation is well understood. The theory of wave construction is well understood. The theory of wave generation is well understood. The equations of flow field in cell domain, the equations of cell skeleton connection, and the equations of cell shape are constructed. The cell division method is used to set the cell division parameters, and the cycle of the cycle.

项目成果

State transitions of a confined actomyosin system controlled through contractility and polymerization rate

通过收缩性和聚合速率控制的受限肌动球蛋白系统的状态转换

• DOI: 10.1103/physrevresearch.5.013208
• 发表时间: 2023
• 期刊: Physical Review Research
• 影响因子: 4.2
• 作者: Sakamoto Ryota;Miyazaki Makito;Maeda Yusuke T.
• 通讯作者: Maeda Yusuke T.

アクティブゲルの対称性と動きの非平衡力学

活性凝胶对称性和运动的非平衡动力学

• 发表时间: 2021
• 作者: 髙羽悠樹;池田昌司;前多裕介
• 通讯作者: 前多裕介

細胞核はどこにあるか――アクティブ・ゲルと配置対称性の制御原理

活性凝胶在哪里以及排列对称性的控制原理

• 发表时间: 2021
• 作者: 坂本 遼太;前多 裕介;宮﨑 牧人
• 通讯作者: 宮﨑 牧人

ソフトマターで分子を運ぶ, 選り分ける

用软物质运输和分类分子

• 发表时间: 2021
• 期刊: 現代化学
• 作者: 前多裕介;加藤修三;福山達也
• 通讯作者: 福山達也

力が制御するアクトミオシンの秩序転移と自律運動・変形

力控制肌动球蛋白的秩序转换和自主运动/变形

• 发表时间: 2022
• 作者: 前多裕介;加藤修三;福山達也;前多 裕介
• 通讯作者: 前多 裕介