Non-equilibrium physics of cytoplasmic phase separation and wetting

细胞质相分离和润湿的非平衡物理

• 批准号: 22KJ2483
• 负责人: 加藤 修三
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2483/
• 关键词: 相分離; 無細胞発現系; 人工細胞; ぬれ; 非平衡; 細胞質; 相転移

本研究の目的は，細胞質の相分離とぬれのメカニズムとその生物学的機能を物理的観点から明らかにすることである。我々は遺伝子発現活性をもつバクテリア細胞質溶液:無細胞発現系をモデル細胞質とし，細胞サイズの閉じ込め空間における相分離ダイナミクスを探求した。細胞サイズのウェル内に無細胞発現系を封入し，蒸発によって駆動される相分離過程が観察した。溶液中の分子クラウダーPEG(ポリエチレングリコール)の初期濃度を変化させると，濃度依存的に異なる相分離ダイナミクスが現れることを発見した。濃度が低い条件では分散した液滴を形成したのに対し，濃度が高い条件では液滴が融合し単一のドメインを形成した。この物理的要因を明らかにするために，有限要素法を用いて2次元の相分離ダイナミクスの数値計算モデルを構築した。液滴のぬれ性および流れを計算に加味すると，実験の結果を再現できることがわかった。これらの結果は液滴のぬれ性が相分離ダイナミクスやその結果である液滴のサイズ及び分布を制御することを示唆する。細胞内では細胞膜をはじめ多くの界面が存在し，液滴が界面とぬれを示すことにより脂質小胞生成や細胞骨格の束化など多様な細胞内機能を実現することが示唆されている。本研究で細胞サイズの実験系を用いて細胞質溶液の相分離とぬれのダイナミクスを明らかにしたことは，ぬれが駆動する細胞機能のメカニズムの解明への一助となることが期待される。

は の this study purpose, separating the cytoplasm の と ぬ れ の メ カ ニ ズ ム と そ の biology function を physical 観 point か ら Ming ら か に す る こ と で あ る. I 々 は posthumous son 伝 発 presently active を も つ バ ク テ リ ア cytoplasm solution: cell free 発 now is を モ デ ル cytoplasm と し, cell サ イ ズ の closed じ 込 め space に お け る phase separation ダ イ ナ ミ ク ス を explore し た. Within cells サ イ ズ の ウ ェ ル に cell free 発 now し sealed を, steamed 発 に よ っ て 駆 dynamic さ れ る phase separation process が 観 examine し た. の molecules in the solution ク ラ ウ ダ ー PEG (ポ リ エ チ レ ン グ リ コ ー ル) の を initial concentration variations change さ せ る と, concentration dependent に different な る phase separation ダ イ ナ ミ ク ス が now れ る こ と を 発 see し た. Conditions of low concentration が い で は scattered し を た droplets formed し た の に し seaborne, condition of high concentration が い で は droplet が fusion し 単 a の ド メ イ ン を form し た. こ の physics by を Ming ら か に す る た め に, finite element method を with い て separating the two yuan の ダ イ ナ ミ ク ス の the numerical computing モ デ ル を build し た. Droplet の ぬ れ sex お よ び flow れ を computing に flavored す る と, be 験 の results を reappearance で き る こ と が わ か っ た. こ れ ら の results は droplet の ぬ れ sex が phase separation ダ イ ナ ミ ク ス や そ の results で あ る droplet の サ イ ズ and び distribution を suppression す る こ と を in stopping す る. Intracellular で は membrane を は じ め more く の が exist し interface, droplet が interface と ぬ れ を shown す こ と に よ り lipid vesicular generated や cells bone の beam is changed な ど others more な cell function を be presently す る こ と が in stopping さ れ て い る. This study で cells サ イ ズ の be を 験 department with い の て cytoplasm solution phase separation と ぬ れ の ダ イ ナ ミ ク ス を Ming ら か に し た こ と は, ぬ れ が 駆 dynamic す る cell function の メ カ ニ ズ ム の interpret へ の on help と な る こ と が expect さ れ る.

项目成果

The dynamics of phase separation and wetting in cell-free expression system

无细胞表达系统中相分离和润湿的动力学

• 发表时间: 2023
• 作者: Shuzo Kato;David Garenne;Vincent Noireaux and Yusuke T. Maeda
• 通讯作者: Vincent Noireaux and Yusuke T. Maeda

University of Minnesota(米国)

明尼苏达大学（美国）

Phase Separation Dynamics in Cell-Free Expression System

无细胞表达系统中的相分离动力学

• 发表时间: 2023
• 作者: Shuzo Kato;David Garenne;Vincent Noireaux and Yusuke T. Maeda
• 通讯作者: Vincent Noireaux and Yusuke T. Maeda

無細胞発現系における液滴形成のダイナミクス

无细胞表达系统中液滴形成的动力学

• 发表时间: 2022
• 作者: 加藤修三;David Garenne;Vincent Noireaux;前多裕介
• 通讯作者: 前多裕介