研究Discovery Saga

【キーワード】生物シミュレーション / 神経科学 / 生物物理 / 可視化技術 / 確率シミュレーション (他12件)

【概要】神経および分泌性細胞において、細胞内から特定の物質を分泌する開口放出メカニズムについては広く研究が進められているが、定量的に理解するためのモデルは必ずしも十分に整備されていない。本研究では、(1)開口放出メカニズムを解析するための新規なイメージング技術の開発と、(2)定量的な理解を行うためのモデルの構築を行った。(1)では、開口放出をトリガーする細胞内カルシウム濃度変化と開口放出を定量的にイメージ...

【情報学】人間情報学：自律システム／生物物理を含む研究件

【キーワード】自己組織化 / 自律システム / マイクロマシン / マイクロ流体 / 生物物理 (他8件)

【概要】従来の自己組織化システムは，系の安定点に収束させることで，ある構造を構築する“self-assembly”を利用したものが一般的であったが，この場合，結晶などの均一な構造を作ることが限界であり，生命システムなどの複雑で自律的なシステムを構築することができなかった．本研究では，動的な自己組織化としての“self-organization”を目指して研究を行った．すなわち，非平衡環境下で，分子のスケー...

【情報学】人間情報学：情報幾何／生物物理を含む研究件

【キーワード】情報熱力学 / シグナル伝達 / 情報幾何 / 不確定性関係 / オンサーガ相反関係 (他15件)

【概要】本研究において、情報と熱力学の間の融合理論である情報熱力学を進展させ、シグナル伝達などの生体情報処理の基礎理論として発展させることができた。主に、情報処理を含んだ形での流れと力の関係であるオンサーガ相反関係の一般化や、因果推定の熱力学、また情報幾何と呼ばれる情報理論の微分幾何形式と熱力学の対応関係を構築することで、熱コストと速度の間のトレードオフ関係としての熱力学的な不確定性関係を導出することに成...

【情報学】人間情報学：トラッキング／生物物理を含む研究件

【キーワード】着床前胚 / 4Dイメージング / 力学モデル / 系譜解析 / トラッキング (他21件)

【概要】本研究では、哺乳類着床前胚の発生系譜を定量的に解析する手法の構築を目指し、画像解析技術・統計解析技術・シミュレーション技術の構築を行った。画像解析では、胚内の細胞を同定する手法を改良し、最終的にはそこから得られたデータを用いた深層画像解析法の提案を行った。系譜統計解析では、細胞の分裂待ち時間などから細胞の潜在情報を推定する手法を提案した。そして、胚内の細胞における力学的相互作用と発生プロセスの再...

【情報学】人間情報学：遺伝子発現系／生物物理を含む研究件

【概要】本研究課題では,環境の時間的不均一さに由来するゆらぎの強度自体の時間変動(高次ゆらぎ)が遺伝子発現系へ及ぼす影響について,統計解析及び計算機シミュレーションを用いて明らかにした.高次ゆらぎのある系における解析手法を開発し,その手法を様々なモデルに適用した.また,遺伝的振動子における構造的な不均一さに注目し,周期の異なる振動子の結合により生じる現象を解析的に計算し,周期ミスマッチのメリットを明らかに...

【情報学】人間情報学：swarm ／生物物理を含む研究件

【キーワード】大規模システム / 真社会性昆虫 / 集団 / 意思決定 / Non-linear Markov (他21件)

【概要】集団は個人の集合体なので、個人の意思決定の結果に応じて、集団の挙動が変化する。しかし、個人の意思決定は、集団の動向によって変化することが考えられる。このような場合には、個人の意思決定と集団の行動が複雑に絡み合い、意思決定が難しい。本研究は、株式市場、共同で巣を運営する真社会性昆虫、インターネット上での巨大サービス提供会社と需要を具体的な題材として、このようなインタラクションの理論的な枠組みとその実...

【情報学】人間情報学：非定常確率過程／生物物理を含む研究件

【研究代表者】藤原寛太郎東京大学, ニューロインテリジェンス国際研究機構, 特任准教授 (00557704)

【概要】神経スパイク時系列に対する様々な統計解析手法の提案・検討を行った。その結果、これまでの統計解析手法では適用が難しいとされてきたような長時間相関を有する時系列データや、極めて定常な時系列データに対して我々の開発した統計解析手法が有効であることを示された。さらに、神経スパイク時系列の複雑性としてデータの周期性やカオス性などの様々な尺度から時系列を評価し、それらの尺度と神経数理モデルとの関係性を調査した...

【情報学】人間情報学：統計数学／生物物理を含む研究件

【研究代表者】藤原寛太郎東京大学, ニューロインテリジェンス国際研究機構, 特任准教授 (00557704)

【概要】神経スパイク時系列に対する様々な統計解析手法の提案・検討を行った。その結果、これまでの統計解析手法では適用が難しいとされてきたような長時間相関を有する時系列データや、極めて定常な時系列データに対して我々の開発した統計解析手法が有効であることを示された。さらに、神経スパイク時系列の複雑性としてデータの周期性やカオス性などの様々な尺度から時系列を評価し、それらの尺度と神経数理モデルとの関係性を調査した...

【情報学】人間情報学：統計量／生物物理を含む研究件

【研究代表者】藤原寛太郎東京大学, ニューロインテリジェンス国際研究機構, 特任准教授 (00557704)

【概要】神経スパイク時系列に対する様々な統計解析手法の提案・検討を行った。その結果、これまでの統計解析手法では適用が難しいとされてきたような長時間相関を有する時系列データや、極めて定常な時系列データに対して我々の開発した統計解析手法が有効であることを示された。さらに、神経スパイク時系列の複雑性としてデータの周期性やカオス性などの様々な尺度から時系列を評価し、それらの尺度と神経数理モデルとの関係性を調査した...

【情報学】人間情報学：知能ロボティクス／生物物理を含む研究件

【概要】本研究は、精子運動を主な題材に、自動トラッキング装置を用いた高解像度・高速度な装置の開発を行うが目的である、具体的には、研究分担者の奥等が開発した高速のマイクロビジュアルフィードバックと顕微鏡を組み合わせた細胞トラッキング系を用い、研究代表者である吉田等が構築してきたLEDストロボ光源を用いた精子鞭毛運動解析装置及び高速度イメージング装置を統合し、長時間にわたって高速度・高解像度に細胞運動を解析す...

【情報学】情報学フロンティア：情報拡散／生物物理を含む研究件

【キーワード】大規模システム / 真社会性昆虫 / 集団 / 意思決定 / Non-linear Markov (他21件)

【概要】集団は個人の集合体なので、個人の意思決定の結果に応じて、集団の挙動が変化する。しかし、個人の意思決定は、集団の動向によって変化することが考えられる。このような場合には、個人の意思決定と集団の行動が複雑に絡み合い、意思決定が難しい。本研究は、株式市場、共同で巣を運営する真社会性昆虫、インターネット上での巨大サービス提供会社と需要を具体的な題材として、このようなインタラクションの理論的な枠組みとその実...

【情報学】情報学フロンティア：GUI ／生物物理を含む研究件

【キーワード】着床前胚 / 4Dイメージング / 力学モデル / 系譜解析 / トラッキング (他21件)

【概要】本研究では、哺乳類着床前胚の発生系譜を定量的に解析する手法の構築を目指し、画像解析技術・統計解析技術・シミュレーション技術の構築を行った。画像解析では、胚内の細胞を同定する手法を改良し、最終的にはそこから得られたデータを用いた深層画像解析法の提案を行った。系譜統計解析では、細胞の分裂待ち時間などから細胞の潜在情報を推定する手法を提案した。そして、胚内の細胞における力学的相互作用と発生プロセスの再...

【情報学】情報学フロンティア：生体ダイナミクス／生物物理を含む研究件

【概要】本研究課題では，最適原理に基づく細胞の動的情報伝達機構の解明を行った．研究成果としては，細胞の動的信号のデコードメカニズムを，最適原理により導いた．そのような最適なデコード機構が分子メカニズム的に実装可能であることを示した．また，細胞の拡散による影響を理論的に調べ，どのような場合に拡散が無視できるかを理論的に明らかにした．これらの結果は，国際査読付きジャーナル論文誌に発表した． ...

【情報学】情報学フロンティア：凸最適化／生物物理を含む研究件

【キーワード】遺伝子回路 / 確率システム / システム同定 / 凸最適化 / マイクロ流路 (他8件)

【概要】本研究では，微生物の細胞内で動作する人工的な反応系（遺伝子回路）のダイナミクスをシステム工学的なアプローチで数理モデル化するために必要な理論，およびモデル化に必要なデータを取得するためのマイクロ流路実験系の構築を行った．特に，生化学反応システムの数理モデルが計測データの少なさや反応ダイナミクスの確率ゆらぎなどの影響により大きな「不確かさ」を有することに着目し，不確かさを定量的に扱うためのパラメタ...

【情報学】情報学フロンティア：カオス的遍歴／生物物理を含む研究件

【概要】本研究は、振動性の細胞である真正粘菌変形体細胞で構築した結合振動子系に見られる時空間パターンの遷移現象のダイナミクス解析を目的としている。平成17年度では、これまでに研究代表者らが見出した遷移現象について、各相互作用強度毎に現れる振動パターンとその頻度、遷移規則を詳細に調べた。その結果、出現パターンの出現頻度には相互作用強度依存性があり、それに伴いパターン間の遷移確率も変化することがわかった。 ...

【情報学】情報学フロンティア：エージェント／生物物理を含む研究件

【キーワード】大規模システム / 真社会性昆虫 / 集団 / 意思決定 / Non-linear Markov (他21件)

【概要】集団は個人の集合体なので、個人の意思決定の結果に応じて、集団の挙動が変化する。しかし、個人の意思決定は、集団の動向によって変化することが考えられる。このような場合には、個人の意思決定と集団の行動が複雑に絡み合い、意思決定が難しい。本研究は、株式市場、共同で巣を運営する真社会性昆虫、インターネット上での巨大サービス提供会社と需要を具体的な題材として、このようなインタラクションの理論的な枠組みとその実...

【情報学】情報学フロンティア：ソーシャルメディア／生物物理を含む研究件

【キーワード】大規模システム / 真社会性昆虫 / 集団 / 意思決定 / Non-linear Markov (他21件)

【概要】集団は個人の集合体なので、個人の意思決定の結果に応じて、集団の挙動が変化する。しかし、個人の意思決定は、集団の動向によって変化することが考えられる。このような場合には、個人の意思決定と集団の行動が複雑に絡み合い、意思決定が難しい。本研究は、株式市場、共同で巣を運営する真社会性昆虫、インターネット上での巨大サービス提供会社と需要を具体的な題材として、このようなインタラクションの理論的な枠組みとその実...

【情報学】情報学フロンティア：3D-RISM ／生物物理を含む研究件

【キーワード】揺らぎ / 統計力学 / 3D-RISM理論 / 生物物理学 / 分子動力学シミュレーション (他8件)

【概要】2013年にKimとHirataらによって提案された溶液中における分子の揺らぎの特徴を予測可能な新しい理論の解を得るための計算手法を2種類開発し、実装した。そして、本手法をアラニンジペプチド、メチオニンエンケファリンの2種類の分子の揺らぎの解析へ応用した。２つの手法は1つの構造周囲の小さな揺らぎを再現するものと、長時間のシミュレーションに対応するような大きな揺らぎを解析するためのものである。得られ...

【情報学】情報学フロンティア：3D-RISM理論／生物物理を含む研究件

【キーワード】揺らぎ / 統計力学 / 3D-RISM理論 / 生物物理学 / 分子動力学シミュレーション (他8件)

【概要】2013年にKimとHirataらによって提案された溶液中における分子の揺らぎの特徴を予測可能な新しい理論の解を得るための計算手法を2種類開発し、実装した。そして、本手法をアラニンジペプチド、メチオニンエンケファリンの2種類の分子の揺らぎの解析へ応用した。２つの手法は1つの構造周囲の小さな揺らぎを再現するものと、長時間のシミュレーションに対応するような大きな揺らぎを解析するためのものである。得られ...

【情報学】情報学フロンティア：アロステリック効果／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理学 / バイオインフォ―マティクス / 計算化学 / タンパク質の立体構造 / 基準振動解析 (他16件)

【概要】タンパク質の動的構造を理解するために基準振動解析計算を行い、低周波数の基準振動モードそれぞれについて、隣接し、大きな正の相関をもって動くアミノ酸残基対を結合して分子内動的構造ネットワークを定義した。そしてそれらネットワークの特性からタンパク質の動的構造を特徴づけることを考えた。酵素、アロステリックタンパク質、多量体などに応用し、ネットワーク解析で使われる中心性指標の一つbetweennessがタン...

【情報学】情報学フロンティア：分子ロボット／生物物理を含む研究件

【キーワード】自己組織化 / 自律システム / マイクロマシン / マイクロ流体 / 生物物理 (他8件)

【概要】従来の自己組織化システムは，系の安定点に収束させることで，ある構造を構築する“self-assembly”を利用したものが一般的であったが，この場合，結晶などの均一な構造を作ることが限界であり，生命システムなどの複雑で自律的なシステムを構築することができなかった．本研究では，動的な自己組織化としての“self-organization”を目指して研究を行った．すなわち，非平衡環境下で，分子のスケー...

【情報学】情報学フロンティア：中心性指標／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理学 / バイオインフォ―マティクス / 計算化学 / タンパク質の立体構造 / 基準振動解析 (他16件)

【概要】タンパク質の動的構造を理解するために基準振動解析計算を行い、低周波数の基準振動モードそれぞれについて、隣接し、大きな正の相関をもって動くアミノ酸残基対を結合して分子内動的構造ネットワークを定義した。そしてそれらネットワークの特性からタンパク質の動的構造を特徴づけることを考えた。酵素、アロステリックタンパク質、多量体などに応用し、ネットワーク解析で使われる中心性指標の一つbetweennessがタン...

【情報学】情報学フロンティア：脳ドラフトマッピング／生物物理を含む研究件

【概要】脳領域を客合理的に分類する新規手法を開発した。ラマン分光によるスペクトル計測を脳標本で行うことより、ピクセル毎にスペクトル情報を得る。このスペクトル情報を利用して、スペクトルが似た領域を抽出し、マッピングした。この結果，神経線維をラッピングしているミエリンや、セロトニン、ドーパミン、グルタミン酸含有細胞を非染色で検出することができた。また脳領域境界を合理的に決定する方法として、核位置を利用したボロ...

【情報学】情報学フロンティア：Protein Data Bank ／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理学 / バイオインフォ―マティクス / 計算化学 / タンパク質の立体構造 / 基準振動解析 (他16件)

【概要】タンパク質の動的構造を理解するために基準振動解析計算を行い、低周波数の基準振動モードそれぞれについて、隣接し、大きな正の相関をもって動くアミノ酸残基対を結合して分子内動的構造ネットワークを定義した。そしてそれらネットワークの特性からタンパク質の動的構造を特徴づけることを考えた。酵素、アロステリックタンパク質、多量体などに応用し、ネットワーク解析で使われる中心性指標の一つbetweennessがタン...

【情報学】情報学フロンティア：タンパク質の立体構造／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理学 / バイオインフォ―マティクス / 計算化学 / タンパク質の立体構造 / 基準振動解析 (他16件)

【概要】タンパク質の動的構造を理解するために基準振動解析計算を行い、低周波数の基準振動モードそれぞれについて、隣接し、大きな正の相関をもって動くアミノ酸残基対を結合して分子内動的構造ネットワークを定義した。そしてそれらネットワークの特性からタンパク質の動的構造を特徴づけることを考えた。酵素、アロステリックタンパク質、多量体などに応用し、ネットワーク解析で使われる中心性指標の一つbetweennessがタン...

【情報学】情報学フロンティア：カップリングヘリックス／生物物理を含む研究件

❏分子シミュレーションによるABCトランスポーターの「ジャンケン」メカニズムの解明(25870220)

【キーワード】ABCトランスポーター / ATP / 基質 / 輸送 / カップリングヘリックス (他9件)

【概要】ATP-binding cassette (ABC)トランスポーターは、ATPの結合・加水分解・解離のエネルギーを用いて細胞膜を介して様々な基質を輸送する膜内在性タンパク質の大きなスーパーファミリーの一つである。本研究では、細菌のABCトランスポーターMsbA, TM287/288を対象としてカップリングヘリックス(CHs)の役割やATP結合の影響に着目した分子シミュレーションによる解析を行った。...

【情報学】情報学フロンティア：基質／生物物理を含む研究件

❏分子シミュレーションによるABCトランスポーターの「ジャンケン」メカニズムの解明(25870220)

【キーワード】ABCトランスポーター / ATP / 基質 / 輸送 / カップリングヘリックス (他9件)

【概要】ATP-binding cassette (ABC)トランスポーターは、ATPの結合・加水分解・解離のエネルギーを用いて細胞膜を介して様々な基質を輸送する膜内在性タンパク質の大きなスーパーファミリーの一つである。本研究では、細菌のABCトランスポーターMsbA, TM287/288を対象としてカップリングヘリックス(CHs)の役割やATP結合の影響に着目した分子シミュレーションによる解析を行った。...

【情報学】情報学フロンティア：深層学習／生物物理を含む研究件

【キーワード】着床前胚 / 4Dイメージング / 力学モデル / 系譜解析 / トラッキング (他21件)

【概要】本研究では、哺乳類着床前胚の発生系譜を定量的に解析する手法の構築を目指し、画像解析技術・統計解析技術・シミュレーション技術の構築を行った。画像解析では、胚内の細胞を同定する手法を改良し、最終的にはそこから得られたデータを用いた深層画像解析法の提案を行った。系譜統計解析では、細胞の分裂待ち時間などから細胞の潜在情報を推定する手法を提案した。そして、胚内の細胞における力学的相互作用と発生プロセスの再...

【情報学】情報学フロンティア：神経解剖学／生物物理を含む研究件

【概要】脳領域を客合理的に分類する新規手法を開発した。ラマン分光によるスペクトル計測を脳標本で行うことより、ピクセル毎にスペクトル情報を得る。このスペクトル情報を利用して、スペクトルが似た領域を抽出し、マッピングした。この結果，神経線維をラッピングしているミエリンや、セロトニン、ドーパミン、グルタミン酸含有細胞を非染色で検出することができた。また脳領域境界を合理的に決定する方法として、核位置を利用したボロ...

【情報学】情報学フロンティア：神経情報学／生物物理を含む研究件

【概要】脳領域を客合理的に分類する新規手法を開発した。ラマン分光によるスペクトル計測を脳標本で行うことより、ピクセル毎にスペクトル情報を得る。このスペクトル情報を利用して、スペクトルが似た領域を抽出し、マッピングした。この結果，神経線維をラッピングしているミエリンや、セロトニン、ドーパミン、グルタミン酸含有細胞を非染色で検出することができた。また脳領域境界を合理的に決定する方法として、核位置を利用したボロ...

【情報学】情報学フロンティア：無染色イメージング／生物物理を含む研究件

【概要】脳領域を客合理的に分類する新規手法を開発した。ラマン分光によるスペクトル計測を脳標本で行うことより、ピクセル毎にスペクトル情報を得る。このスペクトル情報を利用して、スペクトルが似た領域を抽出し、マッピングした。この結果，神経線維をラッピングしているミエリンや、セロトニン、ドーパミン、グルタミン酸含有細胞を非染色で検出することができた。また脳領域境界を合理的に決定する方法として、核位置を利用したボロ...

【情報学】情報学フロンティア：人工知能(AI) ／生物物理を含む研究件

❏Bio-imaging without targets(17K20031)

【研究テーマ】応用情報学およびその関連分野

【研究期間】2017-06-30 - 2019-03-31

【キーワード】生体生命情報学 / 生物物理 / バイオインフォマティクス / 人工知能

【概要】生命現象を解析する際に様々なイメージング技術が使われており、とりわけ蛍光色素やタンパク質を利用した、事前に見る対象を決めたイメージング技術開発は目覚しい。我々はこの様なBioimaging with targes研究に対して、事前に見る対象を決めないBioimaging without targets研究を提案した。この研究では無染色標本から可視光域でのハイパースペクトルやラマン分光イメージング法...

【情報学】情報学フロンティア：ネットワーク／生物物理を含む研究件

【キーワード】大規模システム / 真社会性昆虫 / 集団 / 意思決定 / Non-linear Markov (他21件)

【概要】集団は個人の集合体なので、個人の意思決定の結果に応じて、集団の挙動が変化する。しかし、個人の意思決定は、集団の動向によって変化することが考えられる。このような場合には、個人の意思決定と集団の行動が複雑に絡み合い、意思決定が難しい。本研究は、株式市場、共同で巣を運営する真社会性昆虫、インターネット上での巨大サービス提供会社と需要を具体的な題材として、このようなインタラクションの理論的な枠組みとその実...

【情報学】情報学フロンティア：ネットワーク解析／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理学 / バイオインフォ―マティクス / 計算化学 / タンパク質の立体構造 / 基準振動解析 (他16件)

【概要】タンパク質の動的構造を理解するために基準振動解析計算を行い、低周波数の基準振動モードそれぞれについて、隣接し、大きな正の相関をもって動くアミノ酸残基対を結合して分子内動的構造ネットワークを定義した。そしてそれらネットワークの特性からタンパク質の動的構造を特徴づけることを考えた。酵素、アロステリックタンパク質、多量体などに応用し、ネットワーク解析で使われる中心性指標の一つbetweennessがタン...

【情報学】情報学フロンティア：ハイパースペクトル／生物物理を含む研究件

【概要】脳領域を客合理的に分類する新規手法を開発した。ラマン分光によるスペクトル計測を脳標本で行うことより、ピクセル毎にスペクトル情報を得る。このスペクトル情報を利用して、スペクトルが似た領域を抽出し、マッピングした。この結果，神経線維をラッピングしているミエリンや、セロトニン、ドーパミン、グルタミン酸含有細胞を非染色で検出することができた。また脳領域境界を合理的に決定する方法として、核位置を利用したボロ...

【情報学】情報学フロンティア：ラマン分光イメージング／生物物理を含む研究件

【概要】脳領域を客合理的に分類する新規手法を開発した。ラマン分光によるスペクトル計測を脳標本で行うことより、ピクセル毎にスペクトル情報を得る。このスペクトル情報を利用して、スペクトルが似た領域を抽出し、マッピングした。この結果，神経線維をラッピングしているミエリンや、セロトニン、ドーパミン、グルタミン酸含有細胞を非染色で検出することができた。また脳領域境界を合理的に決定する方法として、核位置を利用したボロ...

【情報学】情報学フロンティア：主成分分析／生物物理を含む研究件

【概要】脳領域を客合理的に分類する新規手法を開発した。ラマン分光によるスペクトル計測を脳標本で行うことより、ピクセル毎にスペクトル情報を得る。このスペクトル情報を利用して、スペクトルが似た領域を抽出し、マッピングした。この結果，神経線維をラッピングしているミエリンや、セロトニン、ドーパミン、グルタミン酸含有細胞を非染色で検出することができた。また脳領域境界を合理的に決定する方法として、核位置を利用したボロ...

【複合領域】社会・安全システム科学：limit order book ／生物物理を含む研究件

【キーワード】大規模システム / 真社会性昆虫 / 集団 / 意思決定 / Non-linear Markov (他21件)

【概要】集団は個人の集合体なので、個人の意思決定の結果に応じて、集団の挙動が変化する。しかし、個人の意思決定は、集団の動向によって変化することが考えられる。このような場合には、個人の意思決定と集団の行動が複雑に絡み合い、意思決定が難しい。本研究は、株式市場、共同で巣を運営する真社会性昆虫、インターネット上での巨大サービス提供会社と需要を具体的な題材として、このようなインタラクションの理論的な枠組みとその実...

【複合領域】社会・安全システム科学：Non-linear Markov ／生物物理を含む研究件

【キーワード】大規模システム / 真社会性昆虫 / 集団 / 意思決定 / Non-linear Markov (他21件)

【概要】集団は個人の集合体なので、個人の意思決定の結果に応じて、集団の挙動が変化する。しかし、個人の意思決定は、集団の動向によって変化することが考えられる。このような場合には、個人の意思決定と集団の行動が複雑に絡み合い、意思決定が難しい。本研究は、株式市場、共同で巣を運営する真社会性昆虫、インターネット上での巨大サービス提供会社と需要を具体的な題材として、このようなインタラクションの理論的な枠組みとその実...

【複合領域】社会・安全システム科学：nonlinear Markov proces ／生物物理を含む研究件

【キーワード】大規模システム / 真社会性昆虫 / 集団 / 意思決定 / Non-linear Markov (他21件)

【概要】集団は個人の集合体なので、個人の意思決定の結果に応じて、集団の挙動が変化する。しかし、個人の意思決定は、集団の動向によって変化することが考えられる。このような場合には、個人の意思決定と集団の行動が複雑に絡み合い、意思決定が難しい。本研究は、株式市場、共同で巣を運営する真社会性昆虫、インターネット上での巨大サービス提供会社と需要を具体的な題材として、このようなインタラクションの理論的な枠組みとその実...

【複合領域】社会・安全システム科学：平均場微分ゲーム／生物物理を含む研究件

【キーワード】大規模システム / 真社会性昆虫 / 集団 / 意思決定 / Non-linear Markov (他21件)

【概要】集団は個人の集合体なので、個人の意思決定の結果に応じて、集団の挙動が変化する。しかし、個人の意思決定は、集団の動向によって変化することが考えられる。このような場合には、個人の意思決定と集団の行動が複雑に絡み合い、意思決定が難しい。本研究は、株式市場、共同で巣を運営する真社会性昆虫、インターネット上での巨大サービス提供会社と需要を具体的な題材として、このようなインタラクションの理論的な枠組みとその実...

【複合領域】社会・安全システム科学：social insect ／生物物理を含む研究件

【キーワード】大規模システム / 真社会性昆虫 / 集団 / 意思決定 / Non-linear Markov (他21件)

【概要】集団は個人の集合体なので、個人の意思決定の結果に応じて、集団の挙動が変化する。しかし、個人の意思決定は、集団の動向によって変化することが考えられる。このような場合には、個人の意思決定と集団の行動が複雑に絡み合い、意思決定が難しい。本研究は、株式市場、共同で巣を運営する真社会性昆虫、インターネット上での巨大サービス提供会社と需要を具体的な題材として、このようなインタラクションの理論的な枠組みとその実...

【複合領域】社会・安全システム科学：真社会性昆虫／生物物理を含む研究件

【キーワード】大規模システム / 真社会性昆虫 / 集団 / 意思決定 / Non-linear Markov (他21件)

【概要】集団は個人の集合体なので、個人の意思決定の結果に応じて、集団の挙動が変化する。しかし、個人の意思決定は、集団の動向によって変化することが考えられる。このような場合には、個人の意思決定と集団の行動が複雑に絡み合い、意思決定が難しい。本研究は、株式市場、共同で巣を運営する真社会性昆虫、インターネット上での巨大サービス提供会社と需要を具体的な題材として、このようなインタラクションの理論的な枠組みとその実...

【複合領域】社会・安全システム科学：公認会計士／生物物理を含む研究件

【キーワード】大規模システム / 真社会性昆虫 / 集団 / 意思決定 / Non-linear Markov (他21件)

【概要】集団は個人の集合体なので、個人の意思決定の結果に応じて、集団の挙動が変化する。しかし、個人の意思決定は、集団の動向によって変化することが考えられる。このような場合には、個人の意思決定と集団の行動が複雑に絡み合い、意思決定が難しい。本研究は、株式市場、共同で巣を運営する真社会性昆虫、インターネット上での巨大サービス提供会社と需要を具体的な題材として、このようなインタラクションの理論的な枠組みとその実...

【複合領域】社会・安全システム科学：整数計画法／生物物理を含む研究件

【キーワード】着床前胚 / 4Dイメージング / 力学モデル / 系譜解析 / トラッキング (他21件)

【概要】本研究では、哺乳類着床前胚の発生系譜を定量的に解析する手法の構築を目指し、画像解析技術・統計解析技術・シミュレーション技術の構築を行った。画像解析では、胚内の細胞を同定する手法を改良し、最終的にはそこから得られたデータを用いた深層画像解析法の提案を行った。系譜統計解析では、細胞の分裂待ち時間などから細胞の潜在情報を推定する手法を提案した。そして、胚内の細胞における力学的相互作用と発生プロセスの再...

【複合領域】子ども学：運動／生物物理を含む研究件

【概要】細胞内の物質輸送や細胞分裂を担うモータータンパク質であるキネシン、ミオシンV、ダイニンは一定の歩幅で長距離を解離することなく、前進運動や後退運動を行う。これら三種類のモータータンパク質の１分子の運動特性を統一的に記述するために運動を単純化して、2つの状態を遷移する数理モデルを提案し、このモデルによって本研究や過去の実験結果をうまく説明することができた。また、筋肉由来のミオシン多分子による力発生を...

【複合領域】一般理論：脱水素酵素／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理 / ナノマシン / 表面・界面物性 / 放射線・X線・粒子線 / 生体分子 (他13件)

【概要】蛋白質結晶周辺の湿度を変化させ、結晶内のバルク水量を非破壊・可逆的に制御可能な装置の開発を進め、湿潤空気流量300~450ml/minで相対湿度20~96%rhの範囲で実験を行うことが可能な装置とその実験手順を確立し各種蛋白質結晶に適用した。サブゼロ温度領域で蛋白質のダイナミクスを探る実験、種々の蛋白質結晶についての構造解析、分子動力学計算を通じた蛋白質の運動と水和構造変化の相関解析も実施した。...

【数物系科学】数学：マルコフ過程／生物物理を含む研究件

【キーワード】大規模システム / 真社会性昆虫 / 集団 / 意思決定 / Non-linear Markov (他21件)

【概要】集団は個人の集合体なので、個人の意思決定の結果に応じて、集団の挙動が変化する。しかし、個人の意思決定は、集団の動向によって変化することが考えられる。このような場合には、個人の意思決定と集団の行動が複雑に絡み合い、意思決定が難しい。本研究は、株式市場、共同で巣を運営する真社会性昆虫、インターネット上での巨大サービス提供会社と需要を具体的な題材として、このようなインタラクションの理論的な枠組みとその実...

【数物系科学】物理学：国際情報交換(米国、イタリア) ／生物物理を含む研究件

【概要】ミクロな分子運動からマクロな天体運動まで、自然の各階層における多体系の集団運動を統一的に理解することは、現代科学の重要な課題である。本研究では、非線形力学、統計力学、微分幾何学の手法を駆使してこの課題に取り組んだ。その結果、ミクロな分子運動の階層においては、回転型分子モーターの運動機構やDNAの高次らせん形成に関する新たな幾何学的モデルを提案することができた。また、原子集合体の解離運動を駆動する集...

【数物系科学】物理学：国際情報交換(米国、ドイツ) ／生物物理を含む研究件

【概要】ミクロな分子運動からマクロな天体運動まで、自然の各階層における多体系の集団運動を統一的に理解することは、現代科学の重要な課題である。本研究では、非線形力学、統計力学、微分幾何学の手法を駆使してこの課題に取り組んだ。その結果、ミクロな分子運動の階層においては、回転型分子モーターの運動機構やDNAの高次らせん形成に関する新たな幾何学的モデルを提案することができた。また、原子集合体の解離運動を駆動する集...

【数物系科学】物理学：国際情報交換(米国) ／生物物理を含む研究件

【概要】ミクロな分子運動からマクロな天体運動まで、自然の各階層における多体系の集団運動を統一的に理解することは、現代科学の重要な課題である。本研究では、非線形力学、統計力学、微分幾何学の手法を駆使してこの課題に取り組んだ。その結果、ミクロな分子運動の階層においては、回転型分子モーターの運動機構やDNAの高次らせん形成に関する新たな幾何学的モデルを提案することができた。また、原子集合体の解離運動を駆動する集...

【数物系科学】物理学：重力アシスト／生物物理を含む研究件

【概要】ミクロな分子運動からマクロな天体運動まで、自然の各階層における多体系の集団運動を統一的に理解することは、現代科学の重要な課題である。本研究では、非線形力学、統計力学、微分幾何学の手法を駆使してこの課題に取り組んだ。その結果、ミクロな分子運動の階層においては、回転型分子モーターの運動機構やDNAの高次らせん形成に関する新たな幾何学的モデルを提案することができた。また、原子集合体の解離運動を駆動する集...

【数物系科学】物理学：細菌コロニー／生物物理を含む研究件

【キーワード】パターン形成 / バクテリア / コロニー / スケーリング / フラクタル (他13件)

【概要】自然界、社会に見られるランダムなパターンの構造と統計について主として三つの課題を研究した。1.大腸菌と緑膿菌について環境条件を変えるとコロニーパターンがどのように変化するかのダイヤグラムを確立し、そのうちの周期パターンの菌密度変化を詳しく調べた。2.ランダムパターンの成長界面の自己アフィンフラクタル性を、バクテリアコロニー、地形などを例にして詳しく調べた。3.都道府県人口、市町村人口、私たちの身長...

【数物系科学】物理学：分枝過程／生物物理を含む研究件

【キーワード】着床前胚 / 4Dイメージング / 力学モデル / 系譜解析 / トラッキング (他21件)

【概要】本研究では、哺乳類着床前胚の発生系譜を定量的に解析する手法の構築を目指し、画像解析技術・統計解析技術・シミュレーション技術の構築を行った。画像解析では、胚内の細胞を同定する手法を改良し、最終的にはそこから得られたデータを用いた深層画像解析法の提案を行った。系譜統計解析では、細胞の分裂待ち時間などから細胞の潜在情報を推定する手法を提案した。そして、胚内の細胞における力学的相互作用と発生プロセスの再...

【数物系科学】物理学：べき乗分布／生物物理を含む研究件

【キーワード】パターン形成 / バクテリア / コロニー / スケーリング / フラクタル (他13件)

【概要】自然界、社会に見られるランダムなパターンの構造と統計について主として三つの課題を研究した。1.大腸菌と緑膿菌について環境条件を変えるとコロニーパターンがどのように変化するかのダイヤグラムを確立し、そのうちの周期パターンの菌密度変化を詳しく調べた。2.ランダムパターンの成長界面の自己アフィンフラクタル性を、バクテリアコロニー、地形などを例にして詳しく調べた。3.都道府県人口、市町村人口、私たちの身長...

【数物系科学】物理学：市町村人口／生物物理を含む研究件

【キーワード】パターン形成 / バクテリア / コロニー / スケーリング / フラクタル (他13件)

【概要】自然界、社会に見られるランダムなパターンの構造と統計について主として三つの課題を研究した。1.大腸菌と緑膿菌について環境条件を変えるとコロニーパターンがどのように変化するかのダイヤグラムを確立し、そのうちの周期パターンの菌密度変化を詳しく調べた。2.ランダムパターンの成長界面の自己アフィンフラクタル性を、バクテリアコロニー、地形などを例にして詳しく調べた。3.都道府県人口、市町村人口、私たちの身長...

【数物系科学】物理学：対数正規分布／生物物理を含む研究件

【キーワード】パターン形成 / バクテリア / コロニー / スケーリング / フラクタル (他13件)

【概要】自然界、社会に見られるランダムなパターンの構造と統計について主として三つの課題を研究した。1.大腸菌と緑膿菌について環境条件を変えるとコロニーパターンがどのように変化するかのダイヤグラムを確立し、そのうちの周期パターンの菌密度変化を詳しく調べた。2.ランダムパターンの成長界面の自己アフィンフラクタル性を、バクテリアコロニー、地形などを例にして詳しく調べた。3.都道府県人口、市町村人口、私たちの身長...

【数物系科学】物理学：ステップ／生物物理を含む研究件

【概要】細胞内の物質輸送や細胞分裂を担うモータータンパク質であるキネシン、ミオシンV、ダイニンは一定の歩幅で長距離を解離することなく、前進運動や後退運動を行う。これら三種類のモータータンパク質の１分子の運動特性を統一的に記述するために運動を単純化して、2つの状態を遷移する数理モデルを提案し、このモデルによって本研究や過去の実験結果をうまく説明することができた。また、筋肉由来のミオシン多分子による力発生を...

【数物系科学】物理学：受容体タンパク質／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理 / ナノマシン / 表面・界面物性 / 放射線・X線・粒子線 / 生体分子 (他13件)

【概要】蛋白質結晶周辺の湿度を変化させ、結晶内のバルク水量を非破壊・可逆的に制御可能な装置の開発を進め、湿潤空気流量300~450ml/minで相対湿度20~96%rhの範囲で実験を行うことが可能な装置とその実験手順を確立し各種蛋白質結晶に適用した。サブゼロ温度領域で蛋白質のダイナミクスを探る実験、種々の蛋白質結晶についての構造解析、分子動力学計算を通じた蛋白質の運動と水和構造変化の相関解析も実施した。...

【数物系科学】物理学：高分子混雑／生物物理を含む研究件

【概要】細胞中では、ブラウン運動とは異なる異常拡散が生じる。本研究では、高濃度高分子溶液を脂質膜で閉じ込めた細胞サイズの液滴により細胞の構造を再現し、蛍光相関分光法を用いた拡散挙動の解析から、構造的な特徴が分子拡散へ及ぼす影響の解明を目指した。その結果、異常拡散性は、高分子がつくる混雑環境にのみ依存して液滴半径には依存しなかった。一方、拡散係数は液滴半径が約20um以下で低下すること、その低下度は液滴を覆...

【数物系科学】物理学：Markovネットワーク／生物物理を含む研究件

【キーワード】情報熱力学 / シグナル伝達 / 情報幾何 / 不確定性関係 / オンサーガ相反関係 (他15件)

【概要】本研究において、情報と熱力学の間の融合理論である情報熱力学を進展させ、シグナル伝達などの生体情報処理の基礎理論として発展させることができた。主に、情報処理を含んだ形での流れと力の関係であるオンサーガ相反関係の一般化や、因果推定の熱力学、また情報幾何と呼ばれる情報理論の微分幾何形式と熱力学の対応関係を構築することで、熱コストと速度の間のトレードオフ関係としての熱力学的な不確定性関係を導出することに成...

【数物系科学】物理学：量子マスター方程式／生物物理を含む研究件

【概要】植物や藻類の行う光合成では，蛋白質に埋め込まれた色素が光のエネルギーを集め，そのエネルギーを効率よく伝達している．そのエネルギーは電子移動やプロトン移動を引き起こすことに使われ，水の分解・酸素発生反応を実現している．反応のしくみを明らかにするためには，実験的にだけでなく，理論的に（計算機を用いるなどして計算することによって）アプローチすることも不可欠である．本研究では，実験結果をうまく説明できる理...

【数物系科学】物理学：骨格筋ミオシン／生物物理を含む研究件

【概要】生体内環境に近い多分子が共存するフィラメント上における、骨格筋ミオシン1分子の力学特性を捉える事を試みた。ミオシン1分子のスティフネスを計測し、ミオシンの硬さには異方性があることを示した。力を出す方向に引っ張ると硬くなって力を出し易く、反対方向に押すと紐のように柔らかくなり、反発力を軽減する機構があることがわかった。この計測から、筋肉の中で力を出し終えたミオシンが、他の分子の力発生の妨げになること...

【数物系科学】物理学：量子速度限界／生物物理を含む研究件

【キーワード】情報熱力学 / シグナル伝達 / 情報幾何 / 不確定性関係 / オンサーガ相反関係 (他15件)

【概要】本研究において、情報と熱力学の間の融合理論である情報熱力学を進展させ、シグナル伝達などの生体情報処理の基礎理論として発展させることができた。主に、情報処理を含んだ形での流れと力の関係であるオンサーガ相反関係の一般化や、因果推定の熱力学、また情報幾何と呼ばれる情報理論の微分幾何形式と熱力学の対応関係を構築することで、熱コストと速度の間のトレードオフ関係としての熱力学的な不確定性関係を導出することに成...

【数物系科学】物理学：スパコネクチンタンパク質／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理 / 研究試料の採集 / 赤血球収縮実験 / 理論的研究 / 作業仮説研究 (他12件)

【概要】琵琶湖の烏丸半島の湖岸において，原生動物ツリガネムシ種の Zoothamnium arbuscula Lake Biwa の大量採集を行った。Ca2+駆動収縮の本体タンパク質のsupaconnectin のｃDNA 分析用ペプチッド一次構造解析のためである。最終年度の2014年にやっと大量採集に成功した。ツリガネムシの採集が不可能な期間には，赤血球のCa2+ 依存膜変形，特に，収縮の研究を始めた...

【数物系科学】物理学：スパズミンタンパク質／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理 / 研究試料の採集 / 赤血球収縮実験 / 理論的研究 / 作業仮説研究 (他12件)

【概要】琵琶湖の烏丸半島の湖岸において，原生動物ツリガネムシ種の Zoothamnium arbuscula Lake Biwa の大量採集を行った。Ca2+駆動収縮の本体タンパク質のsupaconnectin のｃDNA 分析用ペプチッド一次構造解析のためである。最終年度の2014年にやっと大量採集に成功した。ツリガネムシの採集が不可能な期間には，赤血球のCa2+ 依存膜変形，特に，収縮の研究を始めた...

【数物系科学】物理学：スパズモネーム進化／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理 / 研究試料の採集 / 赤血球収縮実験 / 理論的研究 / 作業仮説研究 (他12件)

【概要】琵琶湖の烏丸半島の湖岸において，原生動物ツリガネムシ種の Zoothamnium arbuscula Lake Biwa の大量採集を行った。Ca2+駆動収縮の本体タンパク質のsupaconnectin のｃDNA 分析用ペプチッド一次構造解析のためである。最終年度の2014年にやっと大量採集に成功した。ツリガネムシの採集が不可能な期間には，赤血球のCa2+ 依存膜変形，特に，収縮の研究を始めた...

【数物系科学】物理学：赤血球収縮実験／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理 / 研究試料の採集 / 赤血球収縮実験 / 理論的研究 / 作業仮説研究 (他12件)

【概要】琵琶湖の烏丸半島の湖岸において，原生動物ツリガネムシ種の Zoothamnium arbuscula Lake Biwa の大量採集を行った。Ca2+駆動収縮の本体タンパク質のsupaconnectin のｃDNA 分析用ペプチッド一次構造解析のためである。最終年度の2014年にやっと大量採集に成功した。ツリガネムシの採集が不可能な期間には，赤血球のCa2+ 依存膜変形，特に，収縮の研究を始めた...

【数物系科学】物理学：分化応答／生物物理を含む研究件

【概要】幹細胞は外部シグナルや内因的に生成される情報に基づき、さまざまな細胞タイプへ分化できる。この細胞分化がどのような論理に基づいて起こるのかを正しく理解するには、従来の幹細胞研究で用いられてきた集団計測だけでなく、個々の細胞の時間的な状態変化を実験者側から制御された環境下で調べることのできる新たな計測ツールが必要となる。本研究課題では、このような計測を実現する1細胞計測技術を開発し、それを用いてマウス...

【数物系科学】物理学：Onsager相反関係／生物物理を含む研究件

【キーワード】情報熱力学 / シグナル伝達 / 情報幾何 / 不確定性関係 / オンサーガ相反関係 (他15件)

【概要】本研究において、情報と熱力学の間の融合理論である情報熱力学を進展させ、シグナル伝達などの生体情報処理の基礎理論として発展させることができた。主に、情報処理を含んだ形での流れと力の関係であるオンサーガ相反関係の一般化や、因果推定の熱力学、また情報幾何と呼ばれる情報理論の微分幾何形式と熱力学の対応関係を構築することで、熱コストと速度の間のトレードオフ関係としての熱力学的な不確定性関係を導出することに成...

【数物系科学】物理学：細胞・組織モデル／生物物理を含む研究件

【キーワード】細胞モデル / 界面張力 / 細胞接着 / 細胞組織モデル / 自己組織化 (他12件)

【概要】生物を形作る細胞は、機能に適した形態と内部構造を備えている。我々は、この細胞形状と構造の制御機構を明らかにするために、細胞組織における細胞の空間配置と細胞間接着力に着目し、それらの相関関係を、複数の細胞サイズ液滴からなる細胞組織モデルを用いて調べた。細胞の空間配置が関与しない二細胞モデルでは、細胞間接着力が細胞表面の界面張力と、細胞膜と細胞内の高分子との相互作用によって決定されることが示された。一...

【数物系科学】物理学：細胞核構造／生物物理を含む研究件

【キーワード】Ｘ線回折イメージング / 放射光 / Ｘ線自由電子レーザー / 低温Ｘ線回折実験 / 位相回復 (他26件)

【概要】シンクロトロン放射光を用いた低温Ｘ線回折イメージング・トモグラフィーと、Ｘ線自由電子レーザーを用いた低温Ｘ線回折イメージングにおける試料作製および実験装置の高度化をおこなうとともに、新たな構造解析法を考案した。それらをもとに、バクテリア細胞や酵母細胞核の普遍的な内部構造などを可視化するとともに、バクテリア細胞や酵母細胞の三次元構造解析を行い、生体非結晶粒子の非侵襲イメージングを確立した。 ...

【数物系科学】物理学：分析用超遠心機使用／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理 / 研究試料の採集 / 赤血球収縮実験 / 理論的研究 / 作業仮説研究 (他12件)

【概要】琵琶湖の烏丸半島の湖岸において，原生動物ツリガネムシ種の Zoothamnium arbuscula Lake Biwa の大量採集を行った。Ca2+駆動収縮の本体タンパク質のsupaconnectin のｃDNA 分析用ペプチッド一次構造解析のためである。最終年度の2014年にやっと大量採集に成功した。ツリガネムシの採集が不可能な期間には，赤血球のCa2+ 依存膜変形，特に，収縮の研究を始めた...

【数物系科学】物理学：干渉性／生物物理を含む研究件

【キーワード】Ｘ線回折イメージング / 放射光 / Ｘ線自由電子レーザー / 低温Ｘ線回折実験 / 位相回復 (他26件)

【概要】シンクロトロン放射光を用いた低温Ｘ線回折イメージング・トモグラフィーと、Ｘ線自由電子レーザーを用いた低温Ｘ線回折イメージングにおける試料作製および実験装置の高度化をおこなうとともに、新たな構造解析法を考案した。それらをもとに、バクテリア細胞や酵母細胞核の普遍的な内部構造などを可視化するとともに、バクテリア細胞や酵母細胞の三次元構造解析を行い、生体非結晶粒子の非侵襲イメージングを確立した。 ...

【数物系科学】物理学：細胞非侵襲イメージング／生物物理を含む研究件

【キーワード】Ｘ線回折イメージング / 放射光 / Ｘ線自由電子レーザー / 低温Ｘ線回折実験 / 位相回復 (他26件)

【概要】シンクロトロン放射光を用いた低温Ｘ線回折イメージング・トモグラフィーと、Ｘ線自由電子レーザーを用いた低温Ｘ線回折イメージングにおける試料作製および実験装置の高度化をおこなうとともに、新たな構造解析法を考案した。それらをもとに、バクテリア細胞や酵母細胞核の普遍的な内部構造などを可視化するとともに、バクテリア細胞や酵母細胞の三次元構造解析を行い、生体非結晶粒子の非侵襲イメージングを確立した。 ...

【数物系科学】物理学：熱力学第二法則／生物物理を含む研究件

【キーワード】情報熱力学 / シグナル伝達 / 情報幾何 / 不確定性関係 / オンサーガ相反関係 (他15件)

【概要】本研究において、情報と熱力学の間の融合理論である情報熱力学を進展させ、シグナル伝達などの生体情報処理の基礎理論として発展させることができた。主に、情報処理を含んだ形での流れと力の関係であるオンサーガ相反関係の一般化や、因果推定の熱力学、また情報幾何と呼ばれる情報理論の微分幾何形式と熱力学の対応関係を構築することで、熱コストと速度の間のトレードオフ関係としての熱力学的な不確定性関係を導出することに成...

【数物系科学】物理学：作業仮説研究／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理 / 研究試料の採集 / 赤血球収縮実験 / 理論的研究 / 作業仮説研究 (他12件)

【概要】琵琶湖の烏丸半島の湖岸において，原生動物ツリガネムシ種の Zoothamnium arbuscula Lake Biwa の大量採集を行った。Ca2+駆動収縮の本体タンパク質のsupaconnectin のｃDNA 分析用ペプチッド一次構造解析のためである。最終年度の2014年にやっと大量採集に成功した。ツリガネムシの採集が不可能な期間には，赤血球のCa2+ 依存膜変形，特に，収縮の研究を始めた...

【数物系科学】物理学：移動エントロピー／生物物理を含む研究件

【キーワード】情報熱力学 / シグナル伝達 / 情報幾何 / 不確定性関係 / オンサーガ相反関係 (他15件)

【概要】本研究において、情報と熱力学の間の融合理論である情報熱力学を進展させ、シグナル伝達などの生体情報処理の基礎理論として発展させることができた。主に、情報処理を含んだ形での流れと力の関係であるオンサーガ相反関係の一般化や、因果推定の熱力学、また情報幾何と呼ばれる情報理論の微分幾何形式と熱力学の対応関係を構築することで、熱コストと速度の間のトレードオフ関係としての熱力学的な不確定性関係を導出することに成...

【数物系科学】物理学：ソフトマター／生物物理を含む研究件

【キーワード】曲率誘導タンパク質 / 反応拡散波 / シミュレーション / 生物物理 / ソフトマター

【概要】非平衡下で生体膜がとる多様な形状変化、パターン形成を明らかにするのが本研究課題の目的である。今年度は、曲率誘導タンパク質および、その制御因子の膜への吸着、膜上の拡散が引き起こす現象について反抗拡散方程式と膜変形をカップルさせた計算を行い、膜変形を伴う反応拡散波について調べた。球面では空間的に一様な振動が起こる条件でも、曲率の高い（条件によっては低い）部位から、進行波が形成されることや、波の速度が曲...

❏タンパク質による生体膜の形態制御(17K05607)

【キーワード】生物物理 / ソフトマター / 生体膜 / シミュレーション

【概要】本研究では粗視化シミュレーションを用いて、曲率誘導タンパク質などによる生体膜の構造変化を研究した。（１）キラリティがチューブ形成に重要であること、（２）膜変形とのカップリングによって膜上の反応拡散波の安定性やチューリングパターンが変化すること、（３）アクチン繊維成長との相互作用が熱平衡とは異なる膜ゆらぎを誘起することなどを明らかにするとともに、（４）膜の力学物性の計算手法の開発や（５）ナビエ・スト...

【キーワード】物性基礎論 / ガラス転移 / ソフトマター / 化学物理 / 非平衡物理学 (他8件)

【概要】ガラス転移現象を、シミュレーションと理論解析により開拓することを目的とした研究を行った。従来のガラス転移研究の困難の克服するために、我々は、(i) 新規の液体モデル系を採用すること、(ii) 系を空間的に非一様にすること、そして、(iii) 系を非平衡条件下に置く、などの非従来方の設定やモデルを採用した。その結果、異常なガラス相、異常な次元依存性、理想ガラス転移点近傍の熱力学異常、せん断と密度に依...

【数物系科学】物理学：ソフトマターの物理／生物物理を含む研究件

【キーワード】物性基礎論 / ガラス転移 / ソフトマター / 化学物理 / 非平衡物理学 (他8件)

【概要】ガラス転移現象を、シミュレーションと理論解析により開拓することを目的とした研究を行った。従来のガラス転移研究の困難の克服するために、我々は、(i) 新規の液体モデル系を採用すること、(ii) 系を空間的に非一様にすること、そして、(iii) 系を非平衡条件下に置く、などの非従来方の設定やモデルを採用した。その結果、異常なガラス相、異常な次元依存性、理想ガラス転移点近傍の熱力学異常、せん断と密度に依...

❏生体膜の構造形成、融合過程の分子レベルでの解明(21740308)

【キーワード】ソフトマターの物理 / 生物物理 / シミュレーション / ソフトマター物理

【概要】分子シミュレーションにおける膜の曲げ弾性の測定法を比較検討し、従来の平面膜のゆらぎから求める方法に補正を加えることを提案した。この補正によってこれまでより高い精度を得ることができる。また、座屈した膜において界面張力が異方性を示すことを明らかにした。この異方性は楕円関数を用いて解析的に厳密に求めることができる。脂質膜の物性を大幅に変えることのできる新しい粗視化分子模型も開発した。 ...

【数物系科学】物理学：研究試料の採集／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理 / 研究試料の採集 / 赤血球収縮実験 / 理論的研究 / 作業仮説研究 (他12件)

【概要】琵琶湖の烏丸半島の湖岸において，原生動物ツリガネムシ種の Zoothamnium arbuscula Lake Biwa の大量採集を行った。Ca2+駆動収縮の本体タンパク質のsupaconnectin のｃDNA 分析用ペプチッド一次構造解析のためである。最終年度の2014年にやっと大量採集に成功した。ツリガネムシの採集が不可能な期間には，赤血球のCa2+ 依存膜変形，特に，収縮の研究を始めた...

【数物系科学】物理学：情報熱力学／生物物理を含む研究件

【キーワード】情報熱力学 / シグナル伝達 / 情報幾何 / 不確定性関係 / オンサーガ相反関係 (他15件)

【概要】本研究において、情報と熱力学の間の融合理論である情報熱力学を進展させ、シグナル伝達などの生体情報処理の基礎理論として発展させることができた。主に、情報処理を含んだ形での流れと力の関係であるオンサーガ相反関係の一般化や、因果推定の熱力学、また情報幾何と呼ばれる情報理論の微分幾何形式と熱力学の対応関係を構築することで、熱コストと速度の間のトレードオフ関係としての熱力学的な不確定性関係を導出することに成...

【数物系科学】物理学：QM/MM法／生物物理を含む研究件

【キーワード】水素イオン / 分子シミュレーション / 凝縮系 / 量子化学 / ダイナミクス (他11件)

【概要】我々は溶媒の量子化学効果を取り込む手法を検証・改良する過程において、全てのハイブリッドモデルシミュレーションが影響をうけるアーティファクトを発見した。このアーティファクトは今まで議論されたことはなかったが、水素イオンのダイナミクスを再現する上でそれを補正することが非常に重要になる。そこで当初の予定を変更し、このアーティファクトの詳細な分析と補正法の提唱を行いその有効性を示すことに成功した。さらに...

【数物系科学】物理学：オンサーガ相反関係／生物物理を含む研究件

【キーワード】情報熱力学 / シグナル伝達 / 情報幾何 / 不確定性関係 / オンサーガ相反関係 (他15件)

【概要】本研究において、情報と熱力学の間の融合理論である情報熱力学を進展させ、シグナル伝達などの生体情報処理の基礎理論として発展させることができた。主に、情報処理を含んだ形での流れと力の関係であるオンサーガ相反関係の一般化や、因果推定の熱力学、また情報幾何と呼ばれる情報理論の微分幾何形式と熱力学の対応関係を構築することで、熱コストと速度の間のトレードオフ関係としての熱力学的な不確定性関係を導出することに成...

【数物系科学】物理学：タンパク質水和／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理 / ナノマシン / 表面・界面物性 / 放射線・X線・粒子線 / 生体分子 (他13件)

【概要】蛋白質結晶周辺の湿度を変化させ、結晶内のバルク水量を非破壊・可逆的に制御可能な装置の開発を進め、湿潤空気流量300~450ml/minで相対湿度20~96%rhの範囲で実験を行うことが可能な装置とその実験手順を確立し各種蛋白質結晶に適用した。サブゼロ温度領域で蛋白質のダイナミクスを探る実験、種々の蛋白質結晶についての構造解析、分子動力学計算を通じた蛋白質の運動と水和構造変化の相関解析も実施した。...

【数物系科学】物理学：タンパク質分離精製法／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理 / 研究試料の採集 / 赤血球収縮実験 / 理論的研究 / 作業仮説研究 (他12件)

【概要】琵琶湖の烏丸半島の湖岸において，原生動物ツリガネムシ種の Zoothamnium arbuscula Lake Biwa の大量採集を行った。Ca2+駆動収縮の本体タンパク質のsupaconnectin のｃDNA 分析用ペプチッド一次構造解析のためである。最終年度の2014年にやっと大量採集に成功した。ツリガネムシの採集が不可能な期間には，赤血球のCa2+ 依存膜変形，特に，収縮の研究を始めた...

【数物系科学】物理学：四光波混合分光／生物物理を含む研究件

【概要】植物や藻類の行う光合成では，蛋白質に埋め込まれた色素が光のエネルギーを集め，そのエネルギーを効率よく伝達している．そのエネルギーは電子移動やプロトン移動を引き起こすことに使われ，水の分解・酸素発生反応を実現している．反応のしくみを明らかにするためには，実験的にだけでなく，理論的に（計算機を用いるなどして計算することによって）アプローチすることも不可欠である．本研究では，実験結果をうまく説明できる理...

【数物系科学】物理学：低温X線回折／生物物理を含む研究件

【キーワード】Ｘ線回折イメージング / 放射光 / Ｘ線自由電子レーザー / 低温Ｘ線回折実験 / 位相回復 (他26件)

【概要】シンクロトロン放射光を用いた低温Ｘ線回折イメージング・トモグラフィーと、Ｘ線自由電子レーザーを用いた低温Ｘ線回折イメージングにおける試料作製および実験装置の高度化をおこなうとともに、新たな構造解析法を考案した。それらをもとに、バクテリア細胞や酵母細胞核の普遍的な内部構造などを可視化するとともに、バクテリア細胞や酵母細胞の三次元構造解析を行い、生体非結晶粒子の非侵襲イメージングを確立した。 ...

【数物系科学】物理学：低温X線回折イメージング／生物物理を含む研究件

【キーワード】Ｘ線回折イメージング / 放射光 / Ｘ線自由電子レーザー / 低温Ｘ線回折実験 / 位相回復 (他26件)

【概要】シンクロトロン放射光を用いた低温Ｘ線回折イメージング・トモグラフィーと、Ｘ線自由電子レーザーを用いた低温Ｘ線回折イメージングにおける試料作製および実験装置の高度化をおこなうとともに、新たな構造解析法を考案した。それらをもとに、バクテリア細胞や酵母細胞核の普遍的な内部構造などを可視化するとともに、バクテリア細胞や酵母細胞の三次元構造解析を行い、生体非結晶粒子の非侵襲イメージングを確立した。 ...

【数物系科学】物理学：低温X線回折実験／生物物理を含む研究件

【キーワード】Ｘ線回折イメージング / 放射光 / Ｘ線自由電子レーザー / 低温Ｘ線回折実験 / 位相回復 (他26件)

【概要】シンクロトロン放射光を用いた低温Ｘ線回折イメージング・トモグラフィーと、Ｘ線自由電子レーザーを用いた低温Ｘ線回折イメージングにおける試料作製および実験装置の高度化をおこなうとともに、新たな構造解析法を考案した。それらをもとに、バクテリア細胞や酵母細胞核の普遍的な内部構造などを可視化するとともに、バクテリア細胞や酵母細胞の三次元構造解析を行い、生体非結晶粒子の非侵襲イメージングを確立した。 ...

【数物系科学】物理学：低温構造解析／生物物理を含む研究件

【キーワード】Ｘ線回折イメージング / 放射光 / Ｘ線自由電子レーザー / 低温Ｘ線回折実験 / 位相回復 (他26件)

【概要】シンクロトロン放射光を用いた低温Ｘ線回折イメージング・トモグラフィーと、Ｘ線自由電子レーザーを用いた低温Ｘ線回折イメージングにおける試料作製および実験装置の高度化をおこなうとともに、新たな構造解析法を考案した。それらをもとに、バクテリア細胞や酵母細胞核の普遍的な内部構造などを可視化するとともに、バクテリア細胞や酵母細胞の三次元構造解析を行い、生体非結晶粒子の非侵襲イメージングを確立した。 ...

【数物系科学】物理学：DNA一次構造分析／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理 / 研究試料の採集 / 赤血球収縮実験 / 理論的研究 / 作業仮説研究 (他12件)

【概要】琵琶湖の烏丸半島の湖岸において，原生動物ツリガネムシ種の Zoothamnium arbuscula Lake Biwa の大量採集を行った。Ca2+駆動収縮の本体タンパク質のsupaconnectin のｃDNA 分析用ペプチッド一次構造解析のためである。最終年度の2014年にやっと大量採集に成功した。ツリガネムシの採集が不可能な期間には，赤血球のCa2+ 依存膜変形，特に，収縮の研究を始めた...

【数物系科学】物理学：膜界面／生物物理を含む研究件

【キーワード】細胞モデル / 界面張力 / 細胞接着 / 細胞組織モデル / 自己組織化 (他12件)

【概要】生物を形作る細胞は、機能に適した形態と内部構造を備えている。我々は、この細胞形状と構造の制御機構を明らかにするために、細胞組織における細胞の空間配置と細胞間接着力に着目し、それらの相関関係を、複数の細胞サイズ液滴からなる細胞組織モデルを用いて調べた。細胞の空間配置が関与しない二細胞モデルでは、細胞間接着力が細胞表面の界面張力と、細胞膜と細胞内の高分子との相互作用によって決定されることが示された。一...

【数物系科学】物理学：適応度／生物物理を含む研究件

【概要】幹細胞は外部シグナルや内因的に生成される情報に基づき、さまざまな細胞タイプへ分化できる。この細胞分化がどのような論理に基づいて起こるのかを正しく理解するには、従来の幹細胞研究で用いられてきた集団計測だけでなく、個々の細胞の時間的な状態変化を実験者側から制御された環境下で調べることのできる新たな計測ツールが必要となる。本研究課題では、このような計測を実現する1細胞計測技術を開発し、それを用いてマウス...

【数物系科学】物理学：反応拡散波／生物物理を含む研究件

【キーワード】曲率誘導タンパク質 / 反応拡散波 / シミュレーション / 生物物理 / ソフトマター

【概要】非平衡下で生体膜がとる多様な形状変化、パターン形成を明らかにするのが本研究課題の目的である。今年度は、曲率誘導タンパク質および、その制御因子の膜への吸着、膜上の拡散が引き起こす現象について反抗拡散方程式と膜変形をカップルさせた計算を行い、膜変形を伴う反応拡散波について調べた。球面では空間的に一様な振動が起こる条件でも、曲率の高い（条件によっては低い）部位から、進行波が形成されることや、波の速度が曲...

【数物系科学】物理学：多細胞モデル／生物物理を含む研究件

【キーワード】細胞モデル / 界面張力 / 細胞接着 / 細胞組織モデル / 自己組織化 (他12件)

【概要】生物を形作る細胞は、機能に適した形態と内部構造を備えている。我々は、この細胞形状と構造の制御機構を明らかにするために、細胞組織における細胞の空間配置と細胞間接着力に着目し、それらの相関関係を、複数の細胞サイズ液滴からなる細胞組織モデルを用いて調べた。細胞の空間配置が関与しない二細胞モデルでは、細胞間接着力が細胞表面の界面張力と、細胞膜と細胞内の高分子との相互作用によって決定されることが示された。一...

【数物系科学】物理学：光合成色素タンパク質／生物物理を含む研究件

【概要】植物や藻類の行う光合成では，蛋白質に埋め込まれた色素が光のエネルギーを集め，そのエネルギーを効率よく伝達している．そのエネルギーは電子移動やプロトン移動を引き起こすことに使われ，水の分解・酸素発生反応を実現している．反応のしくみを明らかにするためには，実験的にだけでなく，理論的に（計算機を用いるなどして計算することによって）アプローチすることも不可欠である．本研究では，実験結果をうまく説明できる理...

【数物系科学】物理学：応用数学／生物物理を含む研究件

【キーワード】大規模システム / 真社会性昆虫 / 集団 / 意思決定 / Non-linear Markov (他21件)

【概要】集団は個人の集合体なので、個人の意思決定の結果に応じて、集団の挙動が変化する。しかし、個人の意思決定は、集団の動向によって変化することが考えられる。このような場合には、個人の意思決定と集団の行動が複雑に絡み合い、意思決定が難しい。本研究は、株式市場、共同で巣を運営する真社会性昆虫、インターネット上での巨大サービス提供会社と需要を具体的な題材として、このようなインタラクションの理論的な枠組みとその実...

【数物系科学】物理学：G-HAUPスペクトロスコピー／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理 / 研究試料の採集 / 赤血球収縮実験 / 理論的研究 / 作業仮説研究 (他12件)

【概要】琵琶湖の烏丸半島の湖岸において，原生動物ツリガネムシ種の Zoothamnium arbuscula Lake Biwa の大量採集を行った。Ca2+駆動収縮の本体タンパク質のsupaconnectin のｃDNA 分析用ペプチッド一次構造解析のためである。最終年度の2014年にやっと大量採集に成功した。ツリガネムシの採集が不可能な期間には，赤血球のCa2+ 依存膜変形，特に，収縮の研究を始めた...

【数物系科学】物理学：非結晶生体粒子／生物物理を含む研究件

【キーワード】Ｘ線回折イメージング / 放射光 / Ｘ線自由電子レーザー / 低温Ｘ線回折実験 / 位相回復 (他26件)

【概要】シンクロトロン放射光を用いた低温Ｘ線回折イメージング・トモグラフィーと、Ｘ線自由電子レーザーを用いた低温Ｘ線回折イメージングにおける試料作製および実験装置の高度化をおこなうとともに、新たな構造解析法を考案した。それらをもとに、バクテリア細胞や酵母細胞核の普遍的な内部構造などを可視化するとともに、バクテリア細胞や酵母細胞の三次元構造解析を行い、生体非結晶粒子の非侵襲イメージングを確立した。 ...

【数物系科学】物理学：非侵襲イメージング／生物物理を含む研究件

【キーワード】Ｘ線回折イメージング / 放射光 / Ｘ線自由電子レーザー / 低温Ｘ線回折実験 / 位相回復 (他26件)

【概要】シンクロトロン放射光を用いた低温Ｘ線回折イメージング・トモグラフィーと、Ｘ線自由電子レーザーを用いた低温Ｘ線回折イメージングにおける試料作製および実験装置の高度化をおこなうとともに、新たな構造解析法を考案した。それらをもとに、バクテリア細胞や酵母細胞核の普遍的な内部構造などを可視化するとともに、バクテリア細胞や酵母細胞の三次元構造解析を行い、生体非結晶粒子の非侵襲イメージングを確立した。 ...

【数物系科学】物理学：非線形光学分光／生物物理を含む研究件

【概要】植物や藻類の行う光合成では，蛋白質に埋め込まれた色素が光のエネルギーを集め，そのエネルギーを効率よく伝達している．そのエネルギーは電子移動やプロトン移動を引き起こすことに使われ，水の分解・酸素発生反応を実現している．反応のしくみを明らかにするためには，実験的にだけでなく，理論的に（計算機を用いるなどして計算することによって）アプローチすることも不可欠である．本研究では，実験結果をうまく説明できる理...

【数物系科学】物理学：電場変調吸収分光／生物物理を含む研究件

【概要】植物や藻類の行う光合成では，蛋白質に埋め込まれた色素が光のエネルギーを集め，そのエネルギーを効率よく伝達している．そのエネルギーは電子移動やプロトン移動を引き起こすことに使われ，水の分解・酸素発生反応を実現している．反応のしくみを明らかにするためには，実験的にだけでなく，理論的に（計算機を用いるなどして計算することによって）アプローチすることも不可欠である．本研究では，実験結果をうまく説明できる理...

【数物系科学】物理学：非線形力学／生物物理を含む研究件

【概要】ミクロな分子運動からマクロな天体運動まで、自然の各階層における多体系の集団運動を統一的に理解することは、現代科学の重要な課題である。本研究では、非線形力学、統計力学、微分幾何学の手法を駆使してこの課題に取り組んだ。その結果、ミクロな分子運動の階層においては、回転型分子モーターの運動機構やDNAの高次らせん形成に関する新たな幾何学的モデルを提案することができた。また、原子集合体の解離運動を駆動する集...

【数物系科学】物理学：構造ゆがみ／生物物理を含む研究件

【概要】植物や藻類の行う光合成では，蛋白質に埋め込まれた色素が光のエネルギーを集め，そのエネルギーを効率よく伝達している．そのエネルギーは電子移動やプロトン移動を引き起こすことに使われ，水の分解・酸素発生反応を実現している．反応のしくみを明らかにするためには，実験的にだけでなく，理論的に（計算機を用いるなどして計算することによって）アプローチすることも不可欠である．本研究では，実験結果をうまく説明できる理...

【数物系科学】物理学：コーヒーレンス／生物物理を含む研究件

【概要】植物や藻類の行う光合成では，蛋白質に埋め込まれた色素が光のエネルギーを集め，そのエネルギーを効率よく伝達している．そのエネルギーは電子移動やプロトン移動を引き起こすことに使われ，水の分解・酸素発生反応を実現している．反応のしくみを明らかにするためには，実験的にだけでなく，理論的に（計算機を用いるなどして計算することによって）アプローチすることも不可欠である．本研究では，実験結果をうまく説明できる理...

【数物系科学】物理学：協奏的／生物物理を含む研究件

【概要】植物や藻類の行う光合成では，蛋白質に埋め込まれた色素が光のエネルギーを集め，そのエネルギーを効率よく伝達している．そのエネルギーは電子移動やプロトン移動を引き起こすことに使われ，水の分解・酸素発生反応を実現している．反応のしくみを明らかにするためには，実験的にだけでなく，理論的に（計算機を用いるなどして計算することによって）アプローチすることも不可欠である．本研究では，実験結果をうまく説明できる理...

【数物系科学】物理学：コヒーレントX線回折イメージング／生物物理を含む研究件

【キーワード】Ｘ線回折イメージング / 放射光 / Ｘ線自由電子レーザー / 低温Ｘ線回折実験 / 位相回復 (他26件)

【概要】シンクロトロン放射光を用いた低温Ｘ線回折イメージング・トモグラフィーと、Ｘ線自由電子レーザーを用いた低温Ｘ線回折イメージングにおける試料作製および実験装置の高度化をおこなうとともに、新たな構造解析法を考案した。それらをもとに、バクテリア細胞や酵母細胞核の普遍的な内部構造などを可視化するとともに、バクテリア細胞や酵母細胞の三次元構造解析を行い、生体非結晶粒子の非侵襲イメージングを確立した。 ...

【数物系科学】物理学：コヒーレント回折イメージング／生物物理を含む研究件

【キーワード】Ｘ線回折イメージング / 放射光 / Ｘ線自由電子レーザー / 低温Ｘ線回折実験 / 位相回復 (他26件)

【概要】シンクロトロン放射光を用いた低温Ｘ線回折イメージング・トモグラフィーと、Ｘ線自由電子レーザーを用いた低温Ｘ線回折イメージングにおける試料作製および実験装置の高度化をおこなうとともに、新たな構造解析法を考案した。それらをもとに、バクテリア細胞や酵母細胞核の普遍的な内部構造などを可視化するとともに、バクテリア細胞や酵母細胞の三次元構造解析を行い、生体非結晶粒子の非侵襲イメージングを確立した。 ...

【数物系科学】物理学：水素イオン／生物物理を含む研究件

【キーワード】水素イオン / 分子シミュレーション / 凝縮系 / 量子化学 / ダイナミクス (他11件)

【概要】我々は溶媒の量子化学効果を取り込む手法を検証・改良する過程において、全てのハイブリッドモデルシミュレーションが影響をうけるアーティファクトを発見した。このアーティファクトは今まで議論されたことはなかったが、水素イオンのダイナミクスを再現する上でそれを補正することが非常に重要になる。そこで当初の予定を変更し、このアーティファクトの詳細な分析と補正法の提唱を行いその有効性を示すことに成功した。さらに...

【数物系科学】物理学：紅色光合成細菌／生物物理を含む研究件

【概要】植物や藻類の行う光合成では，蛋白質に埋め込まれた色素が光のエネルギーを集め，そのエネルギーを効率よく伝達している．そのエネルギーは電子移動やプロトン移動を引き起こすことに使われ，水の分解・酸素発生反応を実現している．反応のしくみを明らかにするためには，実験的にだけでなく，理論的に（計算機を用いるなどして計算することによって）アプローチすることも不可欠である．本研究では，実験結果をうまく説明できる理...

【数物系科学】物理学：X線トモグラフィー／生物物理を含む研究件

【キーワード】Ｘ線回折イメージング / 放射光 / Ｘ線自由電子レーザー / 低温Ｘ線回折実験 / 位相回復 (他26件)

【概要】シンクロトロン放射光を用いた低温Ｘ線回折イメージング・トモグラフィーと、Ｘ線自由電子レーザーを用いた低温Ｘ線回折イメージングにおける試料作製および実験装置の高度化をおこなうとともに、新たな構造解析法を考案した。それらをもとに、バクテリア細胞や酵母細胞核の普遍的な内部構造などを可視化するとともに、バクテリア細胞や酵母細胞の三次元構造解析を行い、生体非結晶粒子の非侵襲イメージングを確立した。 ...

【数物系科学】物理学：X線ナノイメージング／生物物理を含む研究件

【キーワード】Ｘ線回折イメージング / 放射光 / Ｘ線自由電子レーザー / 低温Ｘ線回折実験 / 位相回復 (他26件)

【概要】シンクロトロン放射光を用いた低温Ｘ線回折イメージング・トモグラフィーと、Ｘ線自由電子レーザーを用いた低温Ｘ線回折イメージングにおける試料作製および実験装置の高度化をおこなうとともに、新たな構造解析法を考案した。それらをもとに、バクテリア細胞や酵母細胞核の普遍的な内部構造などを可視化するとともに、バクテリア細胞や酵母細胞の三次元構造解析を行い、生体非結晶粒子の非侵襲イメージングを確立した。 ...

【数物系科学】物理学：X線回折イメージング／生物物理を含む研究件

【キーワード】Ｘ線回折イメージング / 放射光 / Ｘ線自由電子レーザー / 低温Ｘ線回折実験 / 位相回復 (他26件)

【概要】シンクロトロン放射光を用いた低温Ｘ線回折イメージング・トモグラフィーと、Ｘ線自由電子レーザーを用いた低温Ｘ線回折イメージングにおける試料作製および実験装置の高度化をおこなうとともに、新たな構造解析法を考案した。それらをもとに、バクテリア細胞や酵母細胞核の普遍的な内部構造などを可視化するとともに、バクテリア細胞や酵母細胞の三次元構造解析を行い、生体非結晶粒子の非侵襲イメージングを確立した。 ...

【数物系科学】物理学：湿度制御／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理 / ナノマシン / 表面・界面物性 / 放射線・X線・粒子線 / 生体分子 (他13件)

【概要】蛋白質結晶周辺の湿度を変化させ、結晶内のバルク水量を非破壊・可逆的に制御可能な装置の開発を進め、湿潤空気流量300~450ml/minで相対湿度20~96%rhの範囲で実験を行うことが可能な装置とその実験手順を確立し各種蛋白質結晶に適用した。サブゼロ温度領域で蛋白質のダイナミクスを探る実験、種々の蛋白質結晶についての構造解析、分子動力学計算を通じた蛋白質の運動と水和構造変化の相関解析も実施した。...

【数物系科学】物理学：X線自由電子レーザー／生物物理を含む研究件

【キーワード】Ｘ線回折イメージング / 放射光 / Ｘ線自由電子レーザー / 低温Ｘ線回折実験 / 位相回復 (他26件)

【概要】シンクロトロン放射光を用いた低温Ｘ線回折イメージング・トモグラフィーと、Ｘ線自由電子レーザーを用いた低温Ｘ線回折イメージングにおける試料作製および実験装置の高度化をおこなうとともに、新たな構造解析法を考案した。それらをもとに、バクテリア細胞や酵母細胞核の普遍的な内部構造などを可視化するとともに、バクテリア細胞や酵母細胞の三次元構造解析を行い、生体非結晶粒子の非侵襲イメージングを確立した。 ...

【数物系科学】物理学：凍結水和／生物物理を含む研究件

【キーワード】Ｘ線回折イメージング / 放射光 / Ｘ線自由電子レーザー / 低温Ｘ線回折実験 / 位相回復 (他26件)

【概要】シンクロトロン放射光を用いた低温Ｘ線回折イメージング・トモグラフィーと、Ｘ線自由電子レーザーを用いた低温Ｘ線回折イメージングにおける試料作製および実験装置の高度化をおこなうとともに、新たな構造解析法を考案した。それらをもとに、バクテリア細胞や酵母細胞核の普遍的な内部構造などを可視化するとともに、バクテリア細胞や酵母細胞の三次元構造解析を行い、生体非結晶粒子の非侵襲イメージングを確立した。 ...

【数物系科学】物理学：大腸菌走化性／生物物理を含む研究件

【キーワード】情報熱力学 / シグナル伝達 / 情報幾何 / 不確定性関係 / オンサーガ相反関係 (他15件)

【概要】本研究において、情報と熱力学の間の融合理論である情報熱力学を進展させ、シグナル伝達などの生体情報処理の基礎理論として発展させることができた。主に、情報処理を含んだ形での流れと力の関係であるオンサーガ相反関係の一般化や、因果推定の熱力学、また情報幾何と呼ばれる情報理論の微分幾何形式と熱力学の対応関係を構築することで、熱コストと速度の間のトレードオフ関係としての熱力学的な不確定性関係を導出することに成...

【数物系科学】物理学：バクテリア構造／生物物理を含む研究件

【キーワード】Ｘ線回折イメージング / 放射光 / Ｘ線自由電子レーザー / 低温Ｘ線回折実験 / 位相回復 (他26件)

【概要】シンクロトロン放射光を用いた低温Ｘ線回折イメージング・トモグラフィーと、Ｘ線自由電子レーザーを用いた低温Ｘ線回折イメージングにおける試料作製および実験装置の高度化をおこなうとともに、新たな構造解析法を考案した。それらをもとに、バクテリア細胞や酵母細胞核の普遍的な内部構造などを可視化するとともに、バクテリア細胞や酵母細胞の三次元構造解析を行い、生体非結晶粒子の非侵襲イメージングを確立した。 ...

【数物系科学】物理学：凝縮系／生物物理を含む研究件

【キーワード】水素イオン / 分子シミュレーション / 凝縮系 / 量子化学 / ダイナミクス (他11件)

【概要】我々は溶媒の量子化学効果を取り込む手法を検証・改良する過程において、全てのハイブリッドモデルシミュレーションが影響をうけるアーティファクトを発見した。このアーティファクトは今まで議論されたことはなかったが、水素イオンのダイナミクスを再現する上でそれを補正することが非常に重要になる。そこで当初の予定を変更し、このアーティファクトの詳細な分析と補正法の提唱を行いその有効性を示すことに成功した。さらに...

【数物系科学】物理学：曲率誘導タンパク質／生物物理を含む研究件

【キーワード】曲率誘導タンパク質 / 反応拡散波 / シミュレーション / 生物物理 / ソフトマター

【概要】非平衡下で生体膜がとる多様な形状変化、パターン形成を明らかにするのが本研究課題の目的である。今年度は、曲率誘導タンパク質および、その制御因子の膜への吸着、膜上の拡散が引き起こす現象について反抗拡散方程式と膜変形をカップルさせた計算を行い、膜変形を伴う反応拡散波について調べた。球面では空間的に一様な振動が起こる条件でも、曲率の高い（条件によっては低い）部位から、進行波が形成されることや、波の速度が曲...

【数物系科学】物理学：不確定性関係／生物物理を含む研究件

【キーワード】情報熱力学 / シグナル伝達 / 情報幾何 / 不確定性関係 / オンサーガ相反関係 (他15件)

【概要】本研究において、情報と熱力学の間の融合理論である情報熱力学を進展させ、シグナル伝達などの生体情報処理の基礎理論として発展させることができた。主に、情報処理を含んだ形での流れと力の関係であるオンサーガ相反関係の一般化や、因果推定の熱力学、また情報幾何と呼ばれる情報理論の微分幾何形式と熱力学の対応関係を構築することで、熱コストと速度の間のトレードオフ関係としての熱力学的な不確定性関係を導出することに成...

【数物系科学】物理学：確率過程／生物物理を含む研究件

【概要】本研究課題では，非定常状態における遺伝子発現系を非平衡統計力学理論に基づいて統計解析することを目的としていた．非平衡理論に基づいた解析手法を開発することで，外部からの変動のある系，振動現象を生じる系，外在ゆらぎの影響を受ける系などの遺伝子発現系の解析を行った．振動現象の解析では，ゆらぎに対するロバスト性と外部信号に対する感度の両方を両立する条件を探り，現存の体内時計が満たしていることを明らかにした...

【概要】本研究課題では,環境の時間的不均一さに由来するゆらぎの強度自体の時間変動(高次ゆらぎ)が遺伝子発現系へ及ぼす影響について,統計解析及び計算機シミュレーションを用いて明らかにした.高次ゆらぎのある系における解析手法を開発し,その手法を様々なモデルに適用した.また,遺伝的振動子における構造的な不均一さに注目し,周期の異なる振動子の結合により生じる現象を解析的に計算し,周期ミスマッチのメリットを明らかに...

【数物系科学】物理学：確率論／生物物理を含む研究件

【キーワード】大規模システム / 真社会性昆虫 / 集団 / 意思決定 / Non-linear Markov (他21件)

【概要】集団は個人の集合体なので、個人の意思決定の結果に応じて、集団の挙動が変化する。しかし、個人の意思決定は、集団の動向によって変化することが考えられる。このような場合には、個人の意思決定と集団の行動が複雑に絡み合い、意思決定が難しい。本研究は、株式市場、共同で巣を運営する真社会性昆虫、インターネット上での巨大サービス提供会社と需要を具体的な題材として、このようなインタラクションの理論的な枠組みとその実...

【数物系科学】物理学：閉じ込め／生物物理を含む研究件

【概要】細胞中では、ブラウン運動とは異なる異常拡散が生じる。本研究では、高濃度高分子溶液を脂質膜で閉じ込めた細胞サイズの液滴により細胞の構造を再現し、蛍光相関分光法を用いた拡散挙動の解析から、構造的な特徴が分子拡散へ及ぼす影響の解明を目指した。その結果、異常拡散性は、高分子がつくる混雑環境にのみ依存して液滴半径には依存しなかった。一方、拡散係数は液滴半径が約20um以下で低下すること、その低下度は液滴を覆...

【数物系科学】物理学：多体問題／生物物理を含む研究件

【概要】ミクロな分子運動からマクロな天体運動まで、自然の各階層における多体系の集団運動を統一的に理解することは、現代科学の重要な課題である。本研究では、非線形力学、統計力学、微分幾何学の手法を駆使してこの課題に取り組んだ。その結果、ミクロな分子運動の階層においては、回転型分子モーターの運動機構やDNAの高次らせん形成に関する新たな幾何学的モデルを提案することができた。また、原子集合体の解離運動を駆動する集...

【数物系科学】物理学：電子線形加速器／生物物理を含む研究件

【キーワード】電子線形加速器 / X-band / コンプトン散乱X線源 / 2色X線CT / 放射線,X線,粒子線 (他9件)

【概要】東大原子力専攻において、X-bandマルチバンチ電子線形加速器を用いた小型コンプトン散乱X線源の開発を進めてきている。本研究においては、全システムの構築と性能評価を目的とし、平成18年度ではシステム全体の構築、特にX-band熱陰極RF電子銃によるビーム生成試験と、加速管を含む全立体回路の構築、コンプトン散乱用レーザーシステムの構築を実施してきた。これまでに、X-bandクライストロンによる大電力...

【数物系科学】物理学：コヒーレンス／生物物理を含む研究件

【概要】植物や藻類の行う光合成では，蛋白質に埋め込まれた色素が光のエネルギーを集め，そのエネルギーを効率よく伝達している．そのエネルギーは電子移動やプロトン移動を引き起こすことに使われ，水の分解・酸素発生反応を実現している．反応のしくみを明らかにするためには，実験的にだけでなく，理論的に（計算機を用いるなどして計算することによって）アプローチすることも不可欠である．本研究では，実験結果をうまく説明できる理...

【数物系科学】物理学：ジャミング転移／生物物理を含む研究件

【キーワード】非平衡統計力学 / ソフトマター物理 / 生物物理 / ガラス転移 / ジャミング転移 (他7件)

【概要】(1)ジャミング系の非線形レオロジー: ジャミング転移点近傍における非線形レオロジーを数値実験により解析した。特に、転移点近傍での応力緩和を、振動シアのプロトコルと、微小剪断後の緩和プロトコルの両方で解析を行い、その代数的緩和が従来しられていた指数から系統的に外れることを明らかにした。この指数は剪断の振幅に敏感に依存し、振幅が線形領域から非線形領域に移行すると指数が従来の値に一致することを明らかに...

【数物系科学】物理学：集団運動／生物物理を含む研究件

【概要】ミクロな分子運動からマクロな天体運動まで、自然の各階層における多体系の集団運動を統一的に理解することは、現代科学の重要な課題である。本研究では、非線形力学、統計力学、微分幾何学の手法を駆使してこの課題に取り組んだ。その結果、ミクロな分子運動の階層においては、回転型分子モーターの運動機構やDNAの高次らせん形成に関する新たな幾何学的モデルを提案することができた。また、原子集合体の解離運動を駆動する集...

【数物系科学】物理学：複雑系／生物物理を含む研究件

【概要】本研究課題では，最適原理に基づく細胞の動的情報伝達機構の解明を行った．研究成果としては，細胞の動的信号のデコードメカニズムを，最適原理により導いた．そのような最適なデコード機構が分子メカニズム的に実装可能であることを示した．また，細胞の拡散による影響を理論的に調べ，どのような場合に拡散が無視できるかを理論的に明らかにした．これらの結果は，国際査読付きジャーナル論文誌に発表した． ...

【キーワード】パターン形成 / バクテリア / コロニー / スケーリング / フラクタル (他13件)

【概要】自然界、社会に見られるランダムなパターンの構造と統計について主として三つの課題を研究した。1.大腸菌と緑膿菌について環境条件を変えるとコロニーパターンがどのように変化するかのダイヤグラムを確立し、そのうちの周期パターンの菌密度変化を詳しく調べた。2.ランダムパターンの成長界面の自己アフィンフラクタル性を、バクテリアコロニー、地形などを例にして詳しく調べた。3.都道府県人口、市町村人口、私たちの身長...

【数物系科学】物理学：物性基礎論／生物物理を含む研究件

【キーワード】物性基礎論 / ガラス転移 / ソフトマター / 化学物理 / 非平衡物理学 (他8件)

【概要】ガラス転移現象を、シミュレーションと理論解析により開拓することを目的とした研究を行った。従来のガラス転移研究の困難の克服するために、我々は、(i) 新規の液体モデル系を採用すること、(ii) 系を空間的に非一様にすること、そして、(iii) 系を非平衡条件下に置く、などの非従来方の設定やモデルを採用した。その結果、異常なガラス相、異常な次元依存性、理想ガラス転移点近傍の熱力学異常、せん断と密度に依...

【数物系科学】物理学：ソフトマター物理／生物物理を含む研究件

【キーワード】非平衡統計力学 / ソフトマター物理 / 生物物理 / ガラス転移 / ジャミング転移 (他7件)

【概要】(1)ジャミング系の非線形レオロジー: ジャミング転移点近傍における非線形レオロジーを数値実験により解析した。特に、転移点近傍での応力緩和を、振動シアのプロトコルと、微小剪断後の緩和プロトコルの両方で解析を行い、その代数的緩和が従来しられていた指数から系統的に外れることを明らかにした。この指数は剪断の振幅に敏感に依存し、振幅が線形領域から非線形領域に移行すると指数が従来の値に一致することを明らかに...

❏生体膜の構造形成、融合過程の分子レベルでの解明(21740308)

【キーワード】ソフトマターの物理 / 生物物理 / シミュレーション / ソフトマター物理

【概要】分子シミュレーションにおける膜の曲げ弾性の測定法を比較検討し、従来の平面膜のゆらぎから求める方法に補正を加えることを提案した。この補正によってこれまでより高い精度を得ることができる。また、座屈した膜において界面張力が異方性を示すことを明らかにした。この異方性は楕円関数を用いて解析的に厳密に求めることができる。脂質膜の物性を大幅に変えることのできる新しい粗視化分子模型も開発した。 ...

【数物系科学】物理学：水素結合ネットワーク／生物物理を含む研究件

【概要】植物や藻類の行う光合成では，蛋白質に埋め込まれた色素が光のエネルギーを集め，そのエネルギーを効率よく伝達している．そのエネルギーは電子移動やプロトン移動を引き起こすことに使われ，水の分解・酸素発生反応を実現している．反応のしくみを明らかにするためには，実験的にだけでなく，理論的に（計算機を用いるなどして計算することによって）アプローチすることも不可欠である．本研究では，実験結果をうまく説明できる理...

【数物系科学】物理学：非平衡物理学／生物物理を含む研究件

【キーワード】物性基礎論 / ガラス転移 / ソフトマター / 化学物理 / 非平衡物理学 (他8件)

【概要】ガラス転移現象を、シミュレーションと理論解析により開拓することを目的とした研究を行った。従来のガラス転移研究の困難の克服するために、我々は、(i) 新規の液体モデル系を採用すること、(ii) 系を空間的に非一様にすること、そして、(iii) 系を非平衡条件下に置く、などの非従来方の設定やモデルを採用した。その結果、異常なガラス相、異常な次元依存性、理想ガラス転移点近傍の熱力学異常、せん断と密度に依...

【数物系科学】物理学：揺らぎ／生物物理を含む研究件

【キーワード】揺らぎ / 統計力学 / 3D-RISM理論 / 生物物理学 / 分子動力学シミュレーション (他8件)

【概要】2013年にKimとHirataらによって提案された溶液中における分子の揺らぎの特徴を予測可能な新しい理論の解を得るための計算手法を2種類開発し、実装した。そして、本手法をアラニンジペプチド、メチオニンエンケファリンの2種類の分子の揺らぎの解析へ応用した。２つの手法は1つの構造周囲の小さな揺らぎを再現するものと、長時間のシミュレーションに対応するような大きな揺らぎを解析するためのものである。得られ...

【数物系科学】物理学：アクティブマター／生物物理を含む研究件

【キーワード】非平衡統計力学 / ソフトマター物理 / 生物物理 / ガラス転移 / ジャミング転移 (他7件)

【概要】(1)ジャミング系の非線形レオロジー: ジャミング転移点近傍における非線形レオロジーを数値実験により解析した。特に、転移点近傍での応力緩和を、振動シアのプロトコルと、微小剪断後の緩和プロトコルの両方で解析を行い、その代数的緩和が従来しられていた指数から系統的に外れることを明らかにした。この指数は剪断の振幅に敏感に依存し、振幅が線形領域から非線形領域に移行すると指数が従来の値に一致することを明らかに...

【数物系科学】物理学：結合振動子系／生物物理を含む研究件

【概要】本研究は、振動性の細胞である真正粘菌変形体細胞で構築した結合振動子系に見られる時空間パターンの遷移現象のダイナミクス解析を目的としている。平成17年度では、これまでに研究代表者らが見出した遷移現象について、各相互作用強度毎に現れる振動パターンとその頻度、遷移規則を詳細に調べた。その結果、出現パターンの出現頻度には相互作用強度依存性があり、それに伴いパターン間の遷移確率も変化することがわかった。 ...

【数物系科学】物理学：真正粘菌／生物物理を含む研究件

【概要】本研究は、振動性の細胞である真正粘菌変形体細胞で構築した結合振動子系に見られる時空間パターンの遷移現象のダイナミクス解析を目的としている。平成17年度では、これまでに研究代表者らが見出した遷移現象について、各相互作用強度毎に現れる振動パターンとその頻度、遷移規則を詳細に調べた。その結果、出現パターンの出現頻度には相互作用強度依存性があり、それに伴いパターン間の遷移確率も変化することがわかった。 ...

【数物系科学】物理学：マンガンクラスター／生物物理を含む研究件

【概要】植物や藻類の行う光合成では，蛋白質に埋め込まれた色素が光のエネルギーを集め，そのエネルギーを効率よく伝達している．そのエネルギーは電子移動やプロトン移動を引き起こすことに使われ，水の分解・酸素発生反応を実現している．反応のしくみを明らかにするためには，実験的にだけでなく，理論的に（計算機を用いるなどして計算することによって）アプローチすることも不可欠である．本研究では，実験結果をうまく説明できる理...

【数物系科学】物理学：統計力学／生物物理を含む研究件

【キーワード】揺らぎ / 統計力学 / 3D-RISM理論 / 生物物理学 / 分子動力学シミュレーション (他8件)

【概要】2013年にKimとHirataらによって提案された溶液中における分子の揺らぎの特徴を予測可能な新しい理論の解を得るための計算手法を2種類開発し、実装した。そして、本手法をアラニンジペプチド、メチオニンエンケファリンの2種類の分子の揺らぎの解析へ応用した。２つの手法は1つの構造周囲の小さな揺らぎを再現するものと、長時間のシミュレーションに対応するような大きな揺らぎを解析するためのものである。得られ...

【概要】ミクロな分子運動からマクロな天体運動まで、自然の各階層における多体系の集団運動を統一的に理解することは、現代科学の重要な課題である。本研究では、非線形力学、統計力学、微分幾何学の手法を駆使してこの課題に取り組んだ。その結果、ミクロな分子運動の階層においては、回転型分子モーターの運動機構やDNAの高次らせん形成に関する新たな幾何学的モデルを提案することができた。また、原子集合体の解離運動を駆動する集...

【数物系科学】物理学：分子動力学シミュレーション／生物物理を含む研究件

【キーワード】揺らぎ / 統計力学 / 3D-RISM理論 / 生物物理学 / 分子動力学シミュレーション (他8件)

【概要】2013年にKimとHirataらによって提案された溶液中における分子の揺らぎの特徴を予測可能な新しい理論の解を得るための計算手法を2種類開発し、実装した。そして、本手法をアラニンジペプチド、メチオニンエンケファリンの2種類の分子の揺らぎの解析へ応用した。２つの手法は1つの構造周囲の小さな揺らぎを再現するものと、長時間のシミュレーションに対応するような大きな揺らぎを解析するためのものである。得られ...

【数物系科学】物理学：異常拡散／生物物理を含む研究件

【概要】細胞中では、ブラウン運動とは異なる異常拡散が生じる。本研究では、高濃度高分子溶液を脂質膜で閉じ込めた細胞サイズの液滴により細胞の構造を再現し、蛍光相関分光法を用いた拡散挙動の解析から、構造的な特徴が分子拡散へ及ぼす影響の解明を目指した。その結果、異常拡散性は、高分子がつくる混雑環境にのみ依存して液滴半径には依存しなかった。一方、拡散係数は液滴半径が約20um以下で低下すること、その低下度は液滴を覆...

【数物系科学】物理学：幾何学／生物物理を含む研究件

【概要】ミクロな分子運動からマクロな天体運動まで、自然の各階層における多体系の集団運動を統一的に理解することは、現代科学の重要な課題である。本研究では、非線形力学、統計力学、微分幾何学の手法を駆使してこの課題に取り組んだ。その結果、ミクロな分子運動の階層においては、回転型分子モーターの運動機構やDNAの高次らせん形成に関する新たな幾何学的モデルを提案することができた。また、原子集合体の解離運動を駆動する集...

【数物系科学】物理学：非線形／生物物理を含む研究件

【キーワード】大規模システム / 真社会性昆虫 / 集団 / 意思決定 / Non-linear Markov (他21件)

【概要】集団は個人の集合体なので、個人の意思決定の結果に応じて、集団の挙動が変化する。しかし、個人の意思決定は、集団の動向によって変化することが考えられる。このような場合には、個人の意思決定と集団の行動が複雑に絡み合い、意思決定が難しい。本研究は、株式市場、共同で巣を運営する真社会性昆虫、インターネット上での巨大サービス提供会社と需要を具体的な題材として、このようなインタラクションの理論的な枠組みとその実...

【数物系科学】物理学：非平衡統計力学／生物物理を含む研究件

【キーワード】非平衡統計力学 / ソフトマター物理 / 生物物理 / ガラス転移 / ジャミング転移 (他7件)

【概要】(1)ジャミング系の非線形レオロジー: ジャミング転移点近傍における非線形レオロジーを数値実験により解析した。特に、転移点近傍での応力緩和を、振動シアのプロトコルと、微小剪断後の緩和プロトコルの両方で解析を行い、その代数的緩和が従来しられていた指数から系統的に外れることを明らかにした。この指数は剪断の振幅に敏感に依存し、振幅が線形領域から非線形領域に移行すると指数が従来の値に一致することを明らかに...

【キーワード】情報熱力学 / シグナル伝達 / 情報幾何 / 不確定性関係 / オンサーガ相反関係 (他15件)

【概要】本研究において、情報と熱力学の間の融合理論である情報熱力学を進展させ、シグナル伝達などの生体情報処理の基礎理論として発展させることができた。主に、情報処理を含んだ形での流れと力の関係であるオンサーガ相反関係の一般化や、因果推定の熱力学、また情報幾何と呼ばれる情報理論の微分幾何形式と熱力学の対応関係を構築することで、熱コストと速度の間のトレードオフ関係としての熱力学的な不確定性関係を導出することに成...

【概要】分子モーターキネシンやダイニンによるオルガネラ輸送は医療や美容と関連が深い。例えばアルツハイマー病などの神経疾患では軸索輸送障害が問題となるし日焼けの原因となるメラニン色素の顆粒輸送もキネシンやダイニンが担う。非平衡統計力学は輸送を扱う学問であるが、非平衡統計力学の恒等式をこのような輸送に応用した。これらの輸送は非平衡確率過程とみなせるからである。具体的にはシナプス小胞前駆体輸送とメラニン色素顆粒...

【数物系科学】物理学：揺らぎの定理／生物物理を含む研究件

【概要】分子モーターキネシンやダイニンによるオルガネラ輸送は医療や美容と関連が深い。例えばアルツハイマー病などの神経疾患では軸索輸送障害が問題となるし日焼けの原因となるメラニン色素の顆粒輸送もキネシンやダイニンが担う。非平衡統計力学は輸送を扱う学問であるが、非平衡統計力学の恒等式をこのような輸送に応用した。これらの輸送は非平衡確率過程とみなせるからである。具体的にはシナプス小胞前駆体輸送とメラニン色素顆粒...

【数物系科学】地球惑星科学：力学系／生物物理を含む研究件

【概要】本研究課題では，非定常状態における遺伝子発現系を非平衡統計力学理論に基づいて統計解析することを目的としていた．非平衡理論に基づいた解析手法を開発することで，外部からの変動のある系，振動現象を生じる系，外在ゆらぎの影響を受ける系などの遺伝子発現系の解析を行った．振動現象の解析では，ゆらぎに対するロバスト性と外部信号に対する感度の両方を両立する条件を探り，現存の体内時計が満たしていることを明らかにした...

【数物系科学】地球惑星科学：アメリカ／生物物理を含む研究件

❏鋭敏な聴覚の源であるモーター蛋白質プレスチンの精製とそれを用いた構造と機能の解明(18390455)

【キーワード】耳科学 / 蛋白質 / 分子モータ / Prestin / 原子間力顕微鏡 (他14件)

【概要】Prestinは哺乳類内耳外有毛細胞の細胞膜に高密度に発現している膜タンパク質である.細胞膜電位が変化すると,prestinは細胞内の陰イオンを輸送し,それに伴い構造変化すると考えられている.そして,その構造変化は外有毛細胞の伸縮運動を引き起こすと推察されている.Prestinについてその同定以来様々な研究が行われてきたが,prestinの形状や構造変化メカニズムは解明されていない.そこで本研究で...

【数物系科学】地球惑星科学：スケーリング／生物物理を含む研究件

【キーワード】パターン形成 / バクテリア / コロニー / スケーリング / フラクタル (他13件)

【概要】自然界、社会に見られるランダムなパターンの構造と統計について主として三つの課題を研究した。1.大腸菌と緑膿菌について環境条件を変えるとコロニーパターンがどのように変化するかのダイヤグラムを確立し、そのうちの周期パターンの菌密度変化を詳しく調べた。2.ランダムパターンの成長界面の自己アフィンフラクタル性を、バクテリアコロニー、地形などを例にして詳しく調べた。3.都道府県人口、市町村人口、私たちの身長...

【数物系科学】地球惑星科学：フラクタル／生物物理を含む研究件

【キーワード】パターン形成 / バクテリア / コロニー / スケーリング / フラクタル (他13件)

【概要】自然界、社会に見られるランダムなパターンの構造と統計について主として三つの課題を研究した。1.大腸菌と緑膿菌について環境条件を変えるとコロニーパターンがどのように変化するかのダイヤグラムを確立し、そのうちの周期パターンの菌密度変化を詳しく調べた。2.ランダムパターンの成長界面の自己アフィンフラクタル性を、バクテリアコロニー、地形などを例にして詳しく調べた。3.都道府県人口、市町村人口、私たちの身長...

【数物系科学】地球惑星科学：ガラス転移／生物物理を含む研究件

【キーワード】非平衡統計力学 / ソフトマター物理 / 生物物理 / ガラス転移 / ジャミング転移 (他7件)

【概要】(1)ジャミング系の非線形レオロジー: ジャミング転移点近傍における非線形レオロジーを数値実験により解析した。特に、転移点近傍での応力緩和を、振動シアのプロトコルと、微小剪断後の緩和プロトコルの両方で解析を行い、その代数的緩和が従来しられていた指数から系統的に外れることを明らかにした。この指数は剪断の振幅に敏感に依存し、振幅が線形領域から非線形領域に移行すると指数が従来の値に一致することを明らかに...

【キーワード】物性基礎論 / ガラス転移 / ソフトマター / 化学物理 / 非平衡物理学 (他8件)

【概要】ガラス転移現象を、シミュレーションと理論解析により開拓することを目的とした研究を行った。従来のガラス転移研究の困難の克服するために、我々は、(i) 新規の液体モデル系を採用すること、(ii) 系を空間的に非一様にすること、そして、(iii) 系を非平衡条件下に置く、などの非従来方の設定やモデルを採用した。その結果、異常なガラス相、異常な次元依存性、理想ガラス転移点近傍の熱力学異常、せん断と密度に依...

【数物系科学】地球惑星科学：共鳴／生物物理を含む研究件

【概要】ミクロな分子運動からマクロな天体運動まで、自然の各階層における多体系の集団運動を統一的に理解することは、現代科学の重要な課題である。本研究では、非線形力学、統計力学、微分幾何学の手法を駆使してこの課題に取り組んだ。その結果、ミクロな分子運動の階層においては、回転型分子モーターの運動機構やDNAの高次らせん形成に関する新たな幾何学的モデルを提案することができた。また、原子集合体の解離運動を駆動する集...

【数物系科学】地球惑星科学：パターン形成／生物物理を含む研究件

【キーワード】パターン形成 / バクテリア / コロニー / スケーリング / フラクタル (他13件)

【概要】自然界、社会に見られるランダムなパターンの構造と統計について主として三つの課題を研究した。1.大腸菌と緑膿菌について環境条件を変えるとコロニーパターンがどのように変化するかのダイヤグラムを確立し、そのうちの周期パターンの菌密度変化を詳しく調べた。2.ランダムパターンの成長界面の自己アフィンフラクタル性を、バクテリアコロニー、地形などを例にして詳しく調べた。3.都道府県人口、市町村人口、私たちの身長...

【数物系科学】地球惑星科学：グリシン／生物物理を含む研究件

【研究代表者】上田太郎独立行政法人産業技術総合研究所, セルエンジニアリング研究部門, 部門付き (90356551)

【概要】アクチンミオシン系の力発生において、アクチンフィラメントは線路として機能する一方、その協同的構造変化も何らかの重要な機能を果たすと考えられている。一般に協同的構造変化の機能の解明には、優性変異の解析が有力な研究手段となる。そこでAn and Mogami (1996) が同定した10 個の優性変異アクチンについて、われわれ独自のアクチン発現系を用いて6変異の精製に成功し機能解析を行った。その結果、...

【数物系科学】地球惑星科学：放射光／生物物理を含む研究件

【キーワード】Ｘ線回折イメージング / 放射光 / Ｘ線自由電子レーザー / 低温Ｘ線回折実験 / 位相回復 (他26件)

【概要】シンクロトロン放射光を用いた低温Ｘ線回折イメージング・トモグラフィーと、Ｘ線自由電子レーザーを用いた低温Ｘ線回折イメージングにおける試料作製および実験装置の高度化をおこなうとともに、新たな構造解析法を考案した。それらをもとに、バクテリア細胞や酵母細胞核の普遍的な内部構造などを可視化するとともに、バクテリア細胞や酵母細胞の三次元構造解析を行い、生体非結晶粒子の非侵襲イメージングを確立した。 ...

【数物系科学】地球惑星科学：相分離／生物物理を含む研究件

【キーワード】細胞モデル / 界面張力 / 細胞接着 / 細胞組織モデル / 自己組織化 (他12件)

【概要】生物を形作る細胞は、機能に適した形態と内部構造を備えている。我々は、この細胞形状と構造の制御機構を明らかにするために、細胞組織における細胞の空間配置と細胞間接着力に着目し、それらの相関関係を、複数の細胞サイズ液滴からなる細胞組織モデルを用いて調べた。細胞の空間配置が関与しない二細胞モデルでは、細胞間接着力が細胞表面の界面張力と、細胞膜と細胞内の高分子との相互作用によって決定されることが示された。一...

【数物系科学】地球惑星科学：国際研究者交流／生物物理を含む研究件

❏近赤外ラマン円偏光二色性分光法を用いて光受容タンパク質中間体の構造を明らかにする(26410017)

【キーワード】振動分光 / 生物物理 / 光受容タンパク質 / 量子化学計算 / 分子分光学 (他8件)

【概要】本研究の大きな目的は申請者らが開発してきたラマン円偏光二色性分光装置の更なる高感度化と、生命科学における重要課題への適用である。本手法は円二色性分光（いわゆるCD）のラマン分光版で、通常のラマン分光に比べて極めて多くの構造情報を提供する。特に溶液中では平面構造の分子がタンパク質中ではキラルな非平面構造になることに注目し、活性中心である補欠分子の構造的な歪みを検出できることを示してきた。特に、本研究...

❏鋭敏な聴覚の源であるモーター蛋白質プレスチンの精製とそれを用いた構造と機能の解明(18390455)

【キーワード】耳科学 / 蛋白質 / 分子モータ / Prestin / 原子間力顕微鏡 (他14件)

【概要】Prestinは哺乳類内耳外有毛細胞の細胞膜に高密度に発現している膜タンパク質である.細胞膜電位が変化すると,prestinは細胞内の陰イオンを輸送し,それに伴い構造変化すると考えられている.そして,その構造変化は外有毛細胞の伸縮運動を引き起こすと推察されている.Prestinについてその同定以来様々な研究が行われてきたが,prestinの形状や構造変化メカニズムは解明されていない.そこで本研究で...

【数物系科学】地球惑星科学：国際研究者交流(アメリカ）／生物物理を含む研究件

❏近赤外ラマン円偏光二色性分光法を用いて光受容タンパク質中間体の構造を明らかにする(26410017)

【キーワード】振動分光 / 生物物理 / 光受容タンパク質 / 量子化学計算 / 分子分光学 (他8件)

【概要】本研究の大きな目的は申請者らが開発してきたラマン円偏光二色性分光装置の更なる高感度化と、生命科学における重要課題への適用である。本手法は円二色性分光（いわゆるCD）のラマン分光版で、通常のラマン分光に比べて極めて多くの構造情報を提供する。特に溶液中では平面構造の分子がタンパク質中ではキラルな非平面構造になることに注目し、活性中心である補欠分子の構造的な歪みを検出できることを示してきた。特に、本研究...

【キーワード】分子分光 / 振動分光 / 生物物理 / 光受容タンパク質 / 量子化学計算 (他9件)

【概要】本研究の大きな目的は申請者らが開発してきたラマン円偏光二色性分光装置を高感度化し、これをさまざまな系に応用してその有用性を実証することである。本手法は円二色性分光のラマン分光版で、通常のラマン分光に比べて極めて多くの構造情報を提供する。特に、本研究では近赤外光励起のラマン円偏光二色性分光法をさまざまな光受容タンパク質に応用し、発色団の捻れ構造に関する微細な情報が得られることを明らかにした。最近、発...

【数物系科学】地球惑星科学：加速器／生物物理を含む研究件

【キーワード】電子線形加速器 / X-band / コンプトン散乱X線源 / 2色X線CT / 放射線,X線,粒子線 (他9件)

【概要】東大原子力専攻において、X-bandマルチバンチ電子線形加速器を用いた小型コンプトン散乱X線源の開発を進めてきている。本研究においては、全システムの構築と性能評価を目的とし、平成18年度ではシステム全体の構築、特にX-band熱陰極RF電子銃によるビーム生成試験と、加速管を含む全立体回路の構築、コンプトン散乱用レーザーシステムの構築を実施してきた。これまでに、X-bandクライストロンによる大電力...

【数物系科学】地球惑星科学：バクテリア／生物物理を含む研究件

【キーワード】パターン形成 / バクテリア / コロニー / スケーリング / フラクタル (他13件)

【概要】自然界、社会に見られるランダムなパターンの構造と統計について主として三つの課題を研究した。1.大腸菌と緑膿菌について環境条件を変えるとコロニーパターンがどのように変化するかのダイヤグラムを確立し、そのうちの周期パターンの菌密度変化を詳しく調べた。2.ランダムパターンの成長界面の自己アフィンフラクタル性を、バクテリアコロニー、地形などを例にして詳しく調べた。3.都道府県人口、市町村人口、私たちの身長...

【数物系科学】天文学：計算物理／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理学 / バイオインフォ―マティクス / 計算化学 / タンパク質の立体構造 / 基準振動解析 (他16件)

【概要】タンパク質の動的構造を理解するために基準振動解析計算を行い、低周波数の基準振動モードそれぞれについて、隣接し、大きな正の相関をもって動くアミノ酸残基対を結合して分子内動的構造ネットワークを定義した。そしてそれらネットワークの特性からタンパク質の動的構造を特徴づけることを考えた。酵素、アロステリックタンパク質、多量体などに応用し、ネットワーク解析で使われる中心性指標の一つbetweennessがタン...

【数物系科学】天文学：三体問題／生物物理を含む研究件

【概要】ミクロな分子運動からマクロな天体運動まで、自然の各階層における多体系の集団運動を統一的に理解することは、現代科学の重要な課題である。本研究では、非線形力学、統計力学、微分幾何学の手法を駆使してこの課題に取り組んだ。その結果、ミクロな分子運動の階層においては、回転型分子モーターの運動機構やDNAの高次らせん形成に関する新たな幾何学的モデルを提案することができた。また、原子集合体の解離運動を駆動する集...

【数物系科学】天文学：天体力学／生物物理を含む研究件

【概要】ミクロな分子運動からマクロな天体運動まで、自然の各階層における多体系の集団運動を統一的に理解することは、現代科学の重要な課題である。本研究では、非線形力学、統計力学、微分幾何学の手法を駆使してこの課題に取り組んだ。その結果、ミクロな分子運動の階層においては、回転型分子モーターの運動機構やDNAの高次らせん形成に関する新たな幾何学的モデルを提案することができた。また、原子集合体の解離運動を駆動する集...

【数物系科学】天文学：化学物理／生物物理を含む研究件

【キーワード】物性基礎論 / ガラス転移 / ソフトマター / 化学物理 / 非平衡物理学 (他8件)

【概要】ガラス転移現象を、シミュレーションと理論解析により開拓することを目的とした研究を行った。従来のガラス転移研究の困難の克服するために、我々は、(i) 新規の液体モデル系を採用すること、(ii) 系を空間的に非一様にすること、そして、(iii) 系を非平衡条件下に置く、などの非従来方の設定やモデルを採用した。その結果、異常なガラス相、異常な次元依存性、理想ガラス転移点近傍の熱力学異常、せん断と密度に依...

【キーワード】１分子イメージング / １分子観察 / 低温顕微鏡 / 抗原抗体反応 / １分子計測(SMD) (他11件)

【概要】タンパク質は複合体をつくり生理機能を発現している。当該課題の研究目的は、その分子間相互作用を１分子観察できる光イメージング法を確立することにある。このような試みは世界的に見ても誰も成功していない。それは、分子間相互作用を研究するには、解像度1 nmで三次元全ての軸に対する空間情報を取得しなければならないからである。このような背景から我々は、ナノメートルの分解能のクライオ蛍光顕微鏡の開発に取り組ん...

【キーワード】１分子観察 / 一分子計測(SMD) / 一分子観察 / １分子計測(SMD) / 一分子観察(SMD) (他13件)

【概要】我々は、結晶中にある無数のイオン一つ一つをそれぞれ1量子ビットずつに割り当てることで、量子ビットを高度に集積することを目指して、新しい系の探索と観察する光学顕微鏡の独自開発を10年にわたり続けてきた。当該研究では、Pr3+同士の三次元相対位置を決定する場合に、遷移双極子の向きにより、20~30 nmの系統誤差が生じることが分かった。そこで、三次元のすべての軸を高精度に決定することで、この系統誤差を...

【化学】基礎化学：国際情報交流(米国) ／生物物理を含む研究件

【キーワード】分子分光 / 振動分光 / 生物物理 / 光受容タンパク質 / 量子化学計算 (他9件)

【概要】本研究の大きな目的は申請者らが開発してきたラマン円偏光二色性分光装置を高感度化し、これをさまざまな系に応用してその有用性を実証することである。本手法は円二色性分光のラマン分光版で、通常のラマン分光に比べて極めて多くの構造情報を提供する。特に、本研究では近赤外光励起のラマン円偏光二色性分光法をさまざまな光受容タンパク質に応用し、発色団の捻れ構造に関する微細な情報が得られることを明らかにした。最近、発...

【化学】基礎化学：分子分光／生物物理を含む研究件

【キーワード】分子分光 / 振動分光 / 生物物理 / 光受容タンパク質 / 量子化学計算 (他9件)

【概要】本研究の大きな目的は申請者らが開発してきたラマン円偏光二色性分光装置を高感度化し、これをさまざまな系に応用してその有用性を実証することである。本手法は円二色性分光のラマン分光版で、通常のラマン分光に比べて極めて多くの構造情報を提供する。特に、本研究では近赤外光励起のラマン円偏光二色性分光法をさまざまな光受容タンパク質に応用し、発色団の捻れ構造に関する微細な情報が得られることを明らかにした。最近、発...

【化学】基礎化学：分子分光学／生物物理を含む研究件

❏近赤外ラマン円偏光二色性分光法を用いて光受容タンパク質中間体の構造を明らかにする(26410017)

【キーワード】振動分光 / 生物物理 / 光受容タンパク質 / 量子化学計算 / 分子分光学 (他8件)

【概要】本研究の大きな目的は申請者らが開発してきたラマン円偏光二色性分光装置の更なる高感度化と、生命科学における重要課題への適用である。本手法は円二色性分光（いわゆるCD）のラマン分光版で、通常のラマン分光に比べて極めて多くの構造情報を提供する。特に溶液中では平面構造の分子がタンパク質中ではキラルな非平面構造になることに注目し、活性中心である補欠分子の構造的な歪みを検出できることを示してきた。特に、本研究...

【キーワード】分子分光 / 振動分光 / 生物物理 / 光受容タンパク質 / 量子化学計算 (他9件)

【概要】本研究の大きな目的は申請者らが開発してきたラマン円偏光二色性分光装置を高感度化し、これをさまざまな系に応用してその有用性を実証することである。本手法は円二色性分光のラマン分光版で、通常のラマン分光に比べて極めて多くの構造情報を提供する。特に、本研究では近赤外光励起のラマン円偏光二色性分光法をさまざまな光受容タンパク質に応用し、発色団の捻れ構造に関する微細な情報が得られることを明らかにした。最近、発...

【化学】基礎化学：低温顕微鏡／生物物理を含む研究件

【キーワード】１分子イメージング / １分子観察 / 低温顕微鏡 / 抗原抗体反応 / １分子計測(SMD) (他11件)

【概要】タンパク質は複合体をつくり生理機能を発現している。当該課題の研究目的は、その分子間相互作用を１分子観察できる光イメージング法を確立することにある。このような試みは世界的に見ても誰も成功していない。それは、分子間相互作用を研究するには、解像度1 nmで三次元全ての軸に対する空間情報を取得しなければならないからである。このような背景から我々は、ナノメートルの分解能のクライオ蛍光顕微鏡の開発に取り組ん...

【化学】基礎化学：振動分光／生物物理を含む研究件

❏近赤外ラマン円偏光二色性分光法を用いて光受容タンパク質中間体の構造を明らかにする(26410017)

【キーワード】振動分光 / 生物物理 / 光受容タンパク質 / 量子化学計算 / 分子分光学 (他8件)

【概要】本研究の大きな目的は申請者らが開発してきたラマン円偏光二色性分光装置の更なる高感度化と、生命科学における重要課題への適用である。本手法は円二色性分光（いわゆるCD）のラマン分光版で、通常のラマン分光に比べて極めて多くの構造情報を提供する。特に溶液中では平面構造の分子がタンパク質中ではキラルな非平面構造になることに注目し、活性中心である補欠分子の構造的な歪みを検出できることを示してきた。特に、本研究...

【キーワード】分子分光 / 振動分光 / 生物物理 / 光受容タンパク質 / 量子化学計算 (他9件)

【概要】本研究の大きな目的は申請者らが開発してきたラマン円偏光二色性分光装置を高感度化し、これをさまざまな系に応用してその有用性を実証することである。本手法は円二色性分光のラマン分光版で、通常のラマン分光に比べて極めて多くの構造情報を提供する。特に、本研究では近赤外光励起のラマン円偏光二色性分光法をさまざまな光受容タンパク質に応用し、発色団の捻れ構造に関する微細な情報が得られることを明らかにした。最近、発...

【化学】基礎化学：量子化学／生物物理を含む研究件

【キーワード】水素イオン / 分子シミュレーション / 凝縮系 / 量子化学 / ダイナミクス (他11件)

【概要】我々は溶媒の量子化学効果を取り込む手法を検証・改良する過程において、全てのハイブリッドモデルシミュレーションが影響をうけるアーティファクトを発見した。このアーティファクトは今まで議論されたことはなかったが、水素イオンのダイナミクスを再現する上でそれを補正することが非常に重要になる。そこで当初の予定を変更し、このアーティファクトの詳細な分析と補正法の提唱を行いその有効性を示すことに成功した。さらに...

【化学】材料化学：量子化学計算／生物物理を含む研究件

❏近赤外ラマン円偏光二色性分光法を用いて光受容タンパク質中間体の構造を明らかにする(26410017)

【キーワード】振動分光 / 生物物理 / 光受容タンパク質 / 量子化学計算 / 分子分光学 (他8件)

【概要】本研究の大きな目的は申請者らが開発してきたラマン円偏光二色性分光装置の更なる高感度化と、生命科学における重要課題への適用である。本手法は円二色性分光（いわゆるCD）のラマン分光版で、通常のラマン分光に比べて極めて多くの構造情報を提供する。特に溶液中では平面構造の分子がタンパク質中ではキラルな非平面構造になることに注目し、活性中心である補欠分子の構造的な歪みを検出できることを示してきた。特に、本研究...

【キーワード】分子分光 / 振動分光 / 生物物理 / 光受容タンパク質 / 量子化学計算 (他9件)

【概要】本研究の大きな目的は申請者らが開発してきたラマン円偏光二色性分光装置を高感度化し、これをさまざまな系に応用してその有用性を実証することである。本手法は円二色性分光のラマン分光版で、通常のラマン分光に比べて極めて多くの構造情報を提供する。特に、本研究では近赤外光励起のラマン円偏光二色性分光法をさまざまな光受容タンパク質に応用し、発色団の捻れ構造に関する微細な情報が得られることを明らかにした。最近、発...

【化学】複合化学：励起エネルギー移動／生物物理を含む研究件

【概要】植物や藻類の行う光合成では，蛋白質に埋め込まれた色素が光のエネルギーを集め，そのエネルギーを効率よく伝達している．そのエネルギーは電子移動やプロトン移動を引き起こすことに使われ，水の分解・酸素発生反応を実現している．反応のしくみを明らかにするためには，実験的にだけでなく，理論的に（計算機を用いるなどして計算することによって）アプローチすることも不可欠である．本研究では，実験結果をうまく説明できる理...

【化学】複合化学：高速AFM ／生物物理を含む研究件

【キーワード】走査プローブ顕微鏡 / 1分子計測・操作 / バイオイメージング / タンパク質 / 細胞 (他19件)

【概要】三つの課題に取り組んだ。課題1では、既に確立した高速AFMを利用して多様な蛋白質系で起こる動的プロセスを観察し、機能メカニズムに迫るとともに、従来技術では困難な天然変性蛋白質の構造解析が高速AFMで可能であることを実証した。課題2では、振動を起こさずに広域を高速走査する技術やイメージング中に試料を操作可能なインターラクティブ高速AFMを開発し、その有効性を実証した。また、カンチレバー走査方式の高速...

【化学】複合化学：1分子観察(SMD) ／生物物理を含む研究件

【キーワード】１分子イメージング / １分子観察 / 低温顕微鏡 / 抗原抗体反応 / １分子計測(SMD) (他11件)

【概要】タンパク質は複合体をつくり生理機能を発現している。当該課題の研究目的は、その分子間相互作用を１分子観察できる光イメージング法を確立することにある。このような試みは世界的に見ても誰も成功していない。それは、分子間相互作用を研究するには、解像度1 nmで三次元全ての軸に対する空間情報を取得しなければならないからである。このような背景から我々は、ナノメートルの分解能のクライオ蛍光顕微鏡の開発に取り組ん...

【キーワード】１分子観察 / 一分子計測(SMD) / 一分子観察 / １分子計測(SMD) / 一分子観察(SMD) (他13件)

【概要】我々は、結晶中にある無数のイオン一つ一つをそれぞれ1量子ビットずつに割り当てることで、量子ビットを高度に集積することを目指して、新しい系の探索と観察する光学顕微鏡の独自開発を10年にわたり続けてきた。当該研究では、Pr3+同士の三次元相対位置を決定する場合に、遷移双極子の向きにより、20~30 nmの系統誤差が生じることが分かった。そこで、三次元のすべての軸を高精度に決定することで、この系統誤差を...

【キーワード】生体分子モーター / マイクロ・ナノマシ / ナノ加工技術 / MEMS / 生物物理 (他9件)

【概要】本研究において、高感度で生体分子の活性を検出するための新しいマイクロデバイスの開発に成功し、生体分子モーターに関する新しい重要な結果を得ることができた。【14-15年度】膜タンパクの研究:大きさ約100ミクロン程度の微小孔に、有機溶媒中に溶かした脂質をバッファで挟むことによって製作し、この平面膜を顕微鏡下で観察する実験系を組み上げた。これをマイクロシステム中で応用するために、シリコンで微細な流路...

【化学】複合化学：物理化学／生物物理を含む研究件

【キーワード】水素イオン / 分子シミュレーション / 凝縮系 / 量子化学 / ダイナミクス (他11件)

【概要】我々は溶媒の量子化学効果を取り込む手法を検証・改良する過程において、全てのハイブリッドモデルシミュレーションが影響をうけるアーティファクトを発見した。このアーティファクトは今まで議論されたことはなかったが、水素イオンのダイナミクスを再現する上でそれを補正することが非常に重要になる。そこで当初の予定を変更し、このアーティファクトの詳細な分析と補正法の提唱を行いその有効性を示すことに成功した。さらに...

【キーワード】１分子観察 / 一分子計測(SMD) / 一分子観察 / １分子計測(SMD) / 一分子観察(SMD) (他13件)

【概要】我々は、結晶中にある無数のイオン一つ一つをそれぞれ1量子ビットずつに割り当てることで、量子ビットを高度に集積することを目指して、新しい系の探索と観察する光学顕微鏡の独自開発を10年にわたり続けてきた。当該研究では、Pr3+同士の三次元相対位置を決定する場合に、遷移双極子の向きにより、20~30 nmの系統誤差が生じることが分かった。そこで、三次元のすべての軸を高精度に決定することで、この系統誤差を...

【化学】複合化学：色素／生物物理を含む研究件

【概要】植物や藻類の行う光合成では，蛋白質に埋め込まれた色素が光のエネルギーを集め，そのエネルギーを効率よく伝達している．そのエネルギーは電子移動やプロトン移動を引き起こすことに使われ，水の分解・酸素発生反応を実現している．反応のしくみを明らかにするためには，実験的にだけでなく，理論的に（計算機を用いるなどして計算することによって）アプローチすることも不可欠である．本研究では，実験結果をうまく説明できる理...

【化学】複合化学：天然変性タンパク質／生物物理を含む研究件

❏天然変性蛋白質による分子認識の物理的基盤(23570188)

【研究代表者】新井宗仁東京大学, 総合文化研究科, 准教授 (90302801)

【キーワード】蛋白質 / フォールディング / 分子認識 / 天然変性蛋白質 / 生物物理

【概要】「天然変性蛋白質」は、近年発見された新しいカテゴリーの蛋白質であり、単独では特定の構造を持たないが、標的分子を認識・結合するという機能発現と同時にフォールディング（構造形成）する。天然変性蛋白質は、高等生物が持つ蛋白質の約４割を占めることから、その分子認識機構の解明が重要課題となっている。本研究では、複数の天然変性蛋白質の標的分子認識機構を、核磁気共鳴（NMR）法などを用いて調べた。その結果、天然...

【化学】複合化学：生体物理／生物物理を含む研究件

【概要】本研究では，自立型脂質二重膜である黒膜について，レーザー誘起界面変形法（LISD），光褪色後蛍光回復法（FRAP）の適用を可能にすると共にコレステロール濃度・浸透圧依存性の測定を行った。浸透圧が増加した場合，膜張力と拡散係数が共に増加したのに対し，コレステロール濃度が増加した場合は膜張力が増加したのに対して拡散係数の減少が見られた。これらの結果は膜張力と流動性についての系統的な測定結果として重要で...

【化学】複合化学：界面活性分子／生物物理を含む研究件

【概要】本研究では，自立型脂質二重膜である黒膜について，レーザー誘起界面変形法（LISD），光褪色後蛍光回復法（FRAP）の適用を可能にすると共にコレステロール濃度・浸透圧依存性の測定を行った。浸透圧が増加した場合，膜張力と拡散係数が共に増加したのに対し，コレステロール濃度が増加した場合は膜張力が増加したのに対して拡散係数の減少が見られた。これらの結果は膜張力と流動性についての系統的な測定結果として重要で...

【化学】複合化学：細胞イメージング／生物物理を含む研究件

【キーワード】Ｘ線回折イメージング / 放射光 / Ｘ線自由電子レーザー / 低温Ｘ線回折実験 / 位相回復 (他26件)

【概要】シンクロトロン放射光を用いた低温Ｘ線回折イメージング・トモグラフィーと、Ｘ線自由電子レーザーを用いた低温Ｘ線回折イメージングにおける試料作製および実験装置の高度化をおこなうとともに、新たな構造解析法を考案した。それらをもとに、バクテリア細胞や酵母細胞核の普遍的な内部構造などを可視化するとともに、バクテリア細胞や酵母細胞の三次元構造解析を行い、生体非結晶粒子の非侵襲イメージングを確立した。 ...

【化学】複合化学：電子移動／生物物理を含む研究件

【概要】植物や藻類の行う光合成では，蛋白質に埋め込まれた色素が光のエネルギーを集め，そのエネルギーを効率よく伝達している．そのエネルギーは電子移動やプロトン移動を引き起こすことに使われ，水の分解・酸素発生反応を実現している．反応のしくみを明らかにするためには，実験的にだけでなく，理論的に（計算機を用いるなどして計算することによって）アプローチすることも不可欠である．本研究では，実験結果をうまく説明できる理...

【生物学】生物学：筋収縮系自励振動／生物物理を含む研究件

【キーワード】生体分子モーター / １分子生物学 / 化学力学フィードバック / 筋収縮自励振動 / SPOC (他21件)

【概要】本研究の第一の目標は、輸送・振動・分裂などの生物要素運動に必要な分子モーターや細胞骨格動態などが生み出す力が、要素運動の制御にフィードバックするという化学力学フィードバックループ（CMFループ）の存在を明らかにすることであった。その点、筋収縮自励振動（SPOC）現象における「ミオシンクロスブリッジ（CB）による力発生、筋フィラメントの滑り運動、フィラメント格子間隔の変化、CB形成確率の変化」という...

【生物学】生物学：筋収縮系自励振動(SPOC) ／生物物理を含む研究件

【キーワード】生体分子モーター / １分子生物学 / 化学力学フィードバック / 筋収縮自励振動 / SPOC (他21件)

【概要】本研究の第一の目標は、輸送・振動・分裂などの生物要素運動に必要な分子モーターや細胞骨格動態などが生み出す力が、要素運動の制御にフィードバックするという化学力学フィードバックループ（CMFループ）の存在を明らかにすることであった。その点、筋収縮自励振動（SPOC）現象における「ミオシンクロスブリッジ（CB）による力発生、筋フィラメントの滑り運動、フィラメント格子間隔の変化、CB形成確率の変化」という...

【生物学】生物学：筋収縮自励振動／生物物理を含む研究件

【キーワード】生体分子モーター / １分子生物学 / 化学力学フィードバック / 筋収縮自励振動 / SPOC (他21件)

【概要】本研究の第一の目標は、輸送・振動・分裂などの生物要素運動に必要な分子モーターや細胞骨格動態などが生み出す力が、要素運動の制御にフィードバックするという化学力学フィードバックループ（CMFループ）の存在を明らかにすることであった。その点、筋収縮自励振動（SPOC）現象における「ミオシンクロスブリッジ（CB）による力発生、筋フィラメントの滑り運動、フィラメント格子間隔の変化、CB形成確率の変化」という...

【生物学】生物学：生細胞分子動態／生物物理を含む研究件

❏動態・局在ナノ相関法開拓：超解像１分子同時イメージングによる転写制御の相分離解明(19H03192)

【キーワード】生物物理 / バイオイメージング / 超解像顕微鏡 / １分子イメージング / 生体分子計測 (他14件)

【概要】超解像顕微鏡法と１分子イメージングの同時観察から得られる分子局在・分子動態・分子間相互作用の定量データ群を、統合的に関連付ける新しい方法を開拓した。生細胞で、超解像イメージングと１分子蛍光イメージングとを同時観察できる蛍光顕微鏡を、従来開発技術を改良し高精度化した。１分子イメージング動態解析、超解像解析ともに、従来法の改良に加え、種々の定量法を導入し、多種の定量データを取得可能にした。ナノ局在・１...

【キーワード】１分子イメージング / バイオイメージング / 細胞機能と構造 / 超解像顕微鏡 / 生体分子計測 (他8件)

【概要】光学顕微鏡における生細胞蛍光１分子超解像顕微鏡法を超解像法へと発展させ、生細胞分子動態を定量し、分子機構を解明することを目的として、次の３項目を行った。１．超解像１分子顕微鏡システムの改良。照明光の均質化、結像系の最適化、画像の位置ずれ抑制を中心に、高解像度化を行った。２．超解像多色同期１分子イメージング解析法の改良。超解像分子動態・相互作用解析における多色同期画像を用いた高精度解析において、多色...

【生物学】生物学：1分子イメージング軌跡追跡／生物物理を含む研究件

❏動態・局在ナノ相関法開拓：超解像１分子同時イメージングによる転写制御の相分離解明(19H03192)

【キーワード】生物物理 / バイオイメージング / 超解像顕微鏡 / １分子イメージング / 生体分子計測 (他14件)

【概要】超解像顕微鏡法と１分子イメージングの同時観察から得られる分子局在・分子動態・分子間相互作用の定量データ群を、統合的に関連付ける新しい方法を開拓した。生細胞で、超解像イメージングと１分子蛍光イメージングとを同時観察できる蛍光顕微鏡を、従来開発技術を改良し高精度化した。１分子イメージング動態解析、超解像解析ともに、従来法の改良に加え、種々の定量法を導入し、多種の定量データを取得可能にした。ナノ局在・１...

【生物学】生物学：1分子生物学／生物物理を含む研究件

【キーワード】生体分子モーター / １分子生物学 / 化学力学フィードバック / 筋収縮自励振動 / SPOC (他21件)

【概要】本研究の第一の目標は、輸送・振動・分裂などの生物要素運動に必要な分子モーターや細胞骨格動態などが生み出す力が、要素運動の制御にフィードバックするという化学力学フィードバックループ（CMFループ）の存在を明らかにすることであった。その点、筋収縮自励振動（SPOC）現象における「ミオシンクロスブリッジ（CB）による力発生、筋フィラメントの滑り運動、フィラメント格子間隔の変化、CB形成確率の変化」という...

【生物学】生物学：1分子力学測定／生物物理を含む研究件

【研究代表者】上田太郎独立行政法人産業技術総合研究所, セルエンジニアリング研究部門, 部門付き (90356551)

【概要】アクチンミオシン系の力発生において、アクチンフィラメントは線路として機能する一方、その協同的構造変化も何らかの重要な機能を果たすと考えられている。一般に協同的構造変化の機能の解明には、優性変異の解析が有力な研究手段となる。そこでAn and Mogami (1996) が同定した10 個の優性変異アクチンについて、われわれ独自のアクチン発現系を用いて6変異の精製に成功し機能解析を行った。その結果、...

【生物学】生物学：生体分子機能／生物物理を含む研究件

❏動態・局在ナノ相関法開拓：超解像１分子同時イメージングによる転写制御の相分離解明(19H03192)

【キーワード】生物物理 / バイオイメージング / 超解像顕微鏡 / １分子イメージング / 生体分子計測 (他14件)

【概要】超解像顕微鏡法と１分子イメージングの同時観察から得られる分子局在・分子動態・分子間相互作用の定量データ群を、統合的に関連付ける新しい方法を開拓した。生細胞で、超解像イメージングと１分子蛍光イメージングとを同時観察できる蛍光顕微鏡を、従来開発技術を改良し高精度化した。１分子イメージング動態解析、超解像解析ともに、従来法の改良に加え、種々の定量法を導入し、多種の定量データを取得可能にした。ナノ局在・１...

【生物学】生物学：生物運動系階層構造・機能／生物物理を含む研究件

【キーワード】生体分子モーター / １分子生物学 / 化学力学フィードバック / 筋収縮自励振動 / SPOC (他21件)

【概要】本研究の第一の目標は、輸送・振動・分裂などの生物要素運動に必要な分子モーターや細胞骨格動態などが生み出す力が、要素運動の制御にフィードバックするという化学力学フィードバックループ（CMFループ）の存在を明らかにすることであった。その点、筋収縮自励振動（SPOC）現象における「ミオシンクロスブリッジ（CB）による力発生、筋フィラメントの滑り運動、フィラメント格子間隔の変化、CB形成確率の変化」という...

【生物学】生物学：生物運動制御／生物物理を含む研究件

【キーワード】生体分子モーター / １分子生物学 / 化学力学フィードバック / 筋収縮自励振動 / SPOC (他21件)

【概要】本研究の第一の目標は、輸送・振動・分裂などの生物要素運動に必要な分子モーターや細胞骨格動態などが生み出す力が、要素運動の制御にフィードバックするという化学力学フィードバックループ（CMFループ）の存在を明らかにすることであった。その点、筋収縮自励振動（SPOC）現象における「ミオシンクロスブリッジ（CB）による力発生、筋フィラメントの滑り運動、フィラメント格子間隔の変化、CB形成確率の変化」という...

【生物学】生物学：精子鞭毛運動／生物物理を含む研究件

【概要】本研究は、精子運動を主な題材に、自動トラッキング装置を用いた高解像度・高速度な装置の開発を行うが目的である、具体的には、研究分担者の奥等が開発した高速のマイクロビジュアルフィードバックと顕微鏡を組み合わせた細胞トラッキング系を用い、研究代表者である吉田等が構築してきたLEDストロボ光源を用いた精子鞭毛運動解析装置及び高速度イメージング装置を統合し、長時間にわたって高速度・高解像度に細胞運動を解析す...

【生物学】生物学：分子計測／生物物理を含む研究件

❏タンパク質の翻訳と熟成を担う生体分子機械の1分子機能解析(21370065)

【キーワード】1分子計測 / ナノバイオ / 分子機械 / 生物物理 / 分子計測 (他6件)

【概要】1分子のリボソームとmRNAからなる翻訳の初期過程にある複合体の破断力を光ピンセットにより測定した。その結果、IF2は最終的に形成される70S翻訳開始複合体を安定化することで、効率的な翻訳開始に寄与していることが明らかになった。次に、シャペロニン反応サイクルを解析した。GroELは2つのリングを交互に利用しながら反応サイクルを進行させていると考えられていた。しかし、高濃度の変性タンパク質が存在する...

【生物学】生物学：結晶解析／生物物理を含む研究件

【キーワード】イオンポンプ / 膜蛋白質 / 結晶解析 / エネルギー変換 / 構造生物学 (他7件)

【概要】本研究は、イオン能動輸送機構の完全な理解を第一の目標とし、特に、既に10の中間状態の構造決定に成功しているCa2+ポンプを対象に、イオンポンプは「どうしてそういう構造をとる必要があるのか」を追求した。イオン通路のゲート残基の変異体の結晶構造からプロトンの対向輸送の意義を解明し、Ca2+非存在下でATPを結合した状態の結晶から、ATPのみで起こる構造変化を明らかにした。さらに、4状態のCa2+ポンプ...

【生物学】生物学：細胞機能と構造／生物物理を含む研究件

【キーワード】１分子イメージング / バイオイメージング / 細胞機能と構造 / 超解像顕微鏡 / 生体分子計測 (他8件)

【概要】光学顕微鏡における生細胞蛍光１分子超解像顕微鏡法を超解像法へと発展させ、生細胞分子動態を定量し、分子機構を解明することを目的として、次の３項目を行った。１．超解像１分子顕微鏡システムの改良。照明光の均質化、結像系の最適化、画像の位置ずれ抑制を中心に、高解像度化を行った。２．超解像多色同期１分子イメージング解析法の改良。超解像分子動態・相互作用解析における多色同期画像を用いた高精度解析において、多色...

【生物学】生物学：少数分子／生物物理を含む研究件

【概要】細胞内の物質輸送や細胞分裂を担うモータータンパク質であるキネシン、ミオシンV、ダイニンは一定の歩幅で長距離を解離することなく、前進運動や後退運動を行う。これら三種類のモータータンパク質の１分子の運動特性を統一的に記述するために運動を単純化して、2つの状態を遷移する数理モデルを提案し、このモデルによって本研究や過去の実験結果をうまく説明することができた。また、筋肉由来のミオシン多分子による力発生を...

【生物学】生物学：細胞骨格・運動／生物物理を含む研究件

【キーワード】生体分子モーター / １分子生物学 / 化学力学フィードバック / 筋収縮自励振動 / SPOC (他21件)

【概要】本研究の第一の目標は、輸送・振動・分裂などの生物要素運動に必要な分子モーターや細胞骨格動態などが生み出す力が、要素運動の制御にフィードバックするという化学力学フィードバックループ（CMFループ）の存在を明らかにすることであった。その点、筋収縮自励振動（SPOC）現象における「ミオシンクロスブリッジ（CB）による力発生、筋フィラメントの滑り運動、フィラメント格子間隔の変化、CB形成確率の変化」という...

【生物学】生物学：細胞情報・動態／生物物理を含む研究件

❏動態・局在ナノ相関法開拓：超解像１分子同時イメージングによる転写制御の相分離解明(19H03192)

【キーワード】生物物理 / バイオイメージング / 超解像顕微鏡 / １分子イメージング / 生体分子計測 (他14件)

【概要】超解像顕微鏡法と１分子イメージングの同時観察から得られる分子局在・分子動態・分子間相互作用の定量データ群を、統合的に関連付ける新しい方法を開拓した。生細胞で、超解像イメージングと１分子蛍光イメージングとを同時観察できる蛍光顕微鏡を、従来開発技術を改良し高精度化した。１分子イメージング動態解析、超解像解析ともに、従来法の改良に加え、種々の定量法を導入し、多種の定量データを取得可能にした。ナノ局在・１...

【キーワード】１分子イメージング / バイオイメージング / 細胞機能と構造 / 超解像顕微鏡 / 生体分子計測 (他8件)

【概要】光学顕微鏡における生細胞蛍光１分子超解像顕微鏡法を超解像法へと発展させ、生細胞分子動態を定量し、分子機構を解明することを目的として、次の３項目を行った。１．超解像１分子顕微鏡システムの改良。照明光の均質化、結像系の最適化、画像の位置ずれ抑制を中心に、高解像度化を行った。２．超解像多色同期１分子イメージング解析法の改良。超解像分子動態・相互作用解析における多色同期画像を用いた高精度解析において、多色...

【生物学】生物学：細胞熱力学／生物物理を含む研究件

【キーワード】生体分子モーター / １分子生物学 / 化学力学フィードバック / 筋収縮自励振動 / SPOC (他21件)

【概要】本研究の第一の目標は、輸送・振動・分裂などの生物要素運動に必要な分子モーターや細胞骨格動態などが生み出す力が、要素運動の制御にフィードバックするという化学力学フィードバックループ（CMFループ）の存在を明らかにすることであった。その点、筋収縮自励振動（SPOC）現象における「ミオシンクロスブリッジ（CB）による力発生、筋フィラメントの滑り運動、フィラメント格子間隔の変化、CB形成確率の変化」という...

【生物学】生物学：細胞分裂機構／生物物理を含む研究件

【キーワード】生体分子モーター / １分子生物学 / 化学力学フィードバック / 筋収縮自励振動 / SPOC (他21件)

【概要】本研究の第一の目標は、輸送・振動・分裂などの生物要素運動に必要な分子モーターや細胞骨格動態などが生み出す力が、要素運動の制御にフィードバックするという化学力学フィードバックループ（CMFループ）の存在を明らかにすることであった。その点、筋収縮自励振動（SPOC）現象における「ミオシンクロスブリッジ（CB）による力発生、筋フィラメントの滑り運動、フィラメント格子間隔の変化、CB形成確率の変化」という...

【生物学】生物学：移動部分軌跡解析法／生物物理を含む研究件

❏動態・局在ナノ相関法開拓：超解像１分子同時イメージングによる転写制御の相分離解明(19H03192)

【キーワード】生物物理 / バイオイメージング / 超解像顕微鏡 / １分子イメージング / 生体分子計測 (他14件)

【概要】超解像顕微鏡法と１分子イメージングの同時観察から得られる分子局在・分子動態・分子間相互作用の定量データ群を、統合的に関連付ける新しい方法を開拓した。生細胞で、超解像イメージングと１分子蛍光イメージングとを同時観察できる蛍光顕微鏡を、従来開発技術を改良し高精度化した。１分子イメージング動態解析、超解像解析ともに、従来法の改良に加え、種々の定量法を導入し、多種の定量データを取得可能にした。ナノ局在・１...

【生物学】生物学：タンパク質の動的構造／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理学 / バイオインフォ―マティクス / 計算化学 / タンパク質の立体構造 / 基準振動解析 (他16件)

【概要】タンパク質の動的構造を理解するために基準振動解析計算を行い、低周波数の基準振動モードそれぞれについて、隣接し、大きな正の相関をもって動くアミノ酸残基対を結合して分子内動的構造ネットワークを定義した。そしてそれらネットワークの特性からタンパク質の動的構造を特徴づけることを考えた。酵素、アロステリックタンパク質、多量体などに応用し、ネットワーク解析で使われる中心性指標の一つbetweennessがタン...

【生物学】生物学：タンパク質結晶学／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理 / ナノマシン / 表面・界面物性 / 放射線・X線・粒子線 / 生体分子 (他13件)

【概要】蛋白質結晶周辺の湿度を変化させ、結晶内のバルク水量を非破壊・可逆的に制御可能な装置の開発を進め、湿潤空気流量300~450ml/minで相対湿度20~96%rhの範囲で実験を行うことが可能な装置とその実験手順を確立し各種蛋白質結晶に適用した。サブゼロ温度領域で蛋白質のダイナミクスを探る実験、種々の蛋白質結晶についての構造解析、分子動力学計算を通じた蛋白質の運動と水和構造変化の相関解析も実施した。...

【生物学】生物学：鞭毛・繊毛／生物物理を含む研究件

❏軸糸周辺微小管間架橋構造蛋白質の機能解析(20770119)

【研究代表者】柳澤春明東京大学, 大学院・理学系研究科 (70466803)

【キーワード】細胞運動 / 鞭毛・繊毛 / 生体分子 / 生物物理

【概要】真核生物の繊毛・鞭毛軸糸の周辺微小管は,ネキシンリンクと呼ばれる伸縮性を持つ構造によって架橋されている.この構造は,軸糸構造の保持と周辺微小管間に生じる滑り運動を屈曲へと変換する上で重要であり,初期の電子顕微鏡観察で見いだされていたが,蛋白質としての実体は殆どわかっていなかった.本研究では,架橋構造が残る条件で抽出した軸糸残渣から候補蛋白質を複数クローニングし,局在および変異体の解析により架橋構造...

【生物学】生物学：走査型イオン伝導顕微鏡／生物物理を含む研究件

【キーワード】走査プローブ顕微鏡 / 1分子計測・操作 / バイオイメージング / タンパク質 / 細胞 (他19件)

【概要】三つの課題に取り組んだ。課題1では、既に確立した高速AFMを利用して多様な蛋白質系で起こる動的プロセスを観察し、機能メカニズムに迫るとともに、従来技術では困難な天然変性蛋白質の構造解析が高速AFMで可能であることを実証した。課題2では、振動を起こさずに広域を高速走査する技術やイメージング中に試料を操作可能なインターラクティブ高速AFMを開発し、その有効性を実証した。また、カンチレバー走査方式の高速...

【生物学】生物学：カルシウム制御／生物物理を含む研究件

【研究代表者】上田太郎独立行政法人産業技術総合研究所, セルエンジニアリング研究部門, 部門付き (90356551)

【概要】アクチンミオシン系の力発生において、アクチンフィラメントは線路として機能する一方、その協同的構造変化も何らかの重要な機能を果たすと考えられている。一般に協同的構造変化の機能の解明には、優性変異の解析が有力な研究手段となる。そこでAn and Mogami (1996) が同定した10 個の優性変異アクチンについて、われわれ独自のアクチン発現系を用いて6変異の精製に成功し機能解析を行った。その結果、...

【生物学】生物学：運動・輸送／生物物理を含む研究件

【キーワード】生体分子モーター / １分子生物学 / 化学力学フィードバック / 筋収縮自励振動 / SPOC (他21件)

【概要】本研究の第一の目標は、輸送・振動・分裂などの生物要素運動に必要な分子モーターや細胞骨格動態などが生み出す力が、要素運動の制御にフィードバックするという化学力学フィードバックループ（CMFループ）の存在を明らかにすることであった。その点、筋収縮自励振動（SPOC）現象における「ミオシンクロスブリッジ（CB）による力発生、筋フィラメントの滑り運動、フィラメント格子間隔の変化、CB形成確率の変化」という...

【生物学】生物学：発現系／生物物理を含む研究件

【研究代表者】上田太郎独立行政法人産業技術総合研究所, セルエンジニアリング研究部門, 部門付き (90356551)

【概要】アクチンミオシン系の力発生において、アクチンフィラメントは線路として機能する一方、その協同的構造変化も何らかの重要な機能を果たすと考えられている。一般に協同的構造変化の機能の解明には、優性変異の解析が有力な研究手段となる。そこでAn and Mogami (1996) が同定した10 個の優性変異アクチンについて、われわれ独自のアクチン発現系を用いて6変異の精製に成功し機能解析を行った。その結果、...

【生物学】生物学：機能動態／生物物理を含む研究件

【キーワード】走査プローブ顕微鏡 / 1分子計測・操作 / バイオイメージング / タンパク質 / 細胞 (他19件)

【概要】三つの課題に取り組んだ。課題1では、既に確立した高速AFMを利用して多様な蛋白質系で起こる動的プロセスを観察し、機能メカニズムに迫るとともに、従来技術では困難な天然変性蛋白質の構造解析が高速AFMで可能であることを実証した。課題2では、振動を起こさずに広域を高速走査する技術やイメージング中に試料を操作可能なインターラクティブ高速AFMを開発し、その有効性を実証した。また、カンチレバー走査方式の高速...

【生物学】生物学：液相分離／生物物理を含む研究件

❏動態・局在ナノ相関法開拓：超解像１分子同時イメージングによる転写制御の相分離解明(19H03192)

【キーワード】生物物理 / バイオイメージング / 超解像顕微鏡 / １分子イメージング / 生体分子計測 (他14件)

【概要】超解像顕微鏡法と１分子イメージングの同時観察から得られる分子局在・分子動態・分子間相互作用の定量データ群を、統合的に関連付ける新しい方法を開拓した。生細胞で、超解像イメージングと１分子蛍光イメージングとを同時観察できる蛍光顕微鏡を、従来開発技術を改良し高精度化した。１分子イメージング動態解析、超解像解析ともに、従来法の改良に加え、種々の定量法を導入し、多種の定量データを取得可能にした。ナノ局在・１...

【生物学】生物学：SPOC ／生物物理を含む研究件

【キーワード】生体分子モーター / １分子生物学 / 化学力学フィードバック / 筋収縮自励振動 / SPOC (他21件)

【概要】本研究の第一の目標は、輸送・振動・分裂などの生物要素運動に必要な分子モーターや細胞骨格動態などが生み出す力が、要素運動の制御にフィードバックするという化学力学フィードバックループ（CMFループ）の存在を明らかにすることであった。その点、筋収縮自励振動（SPOC）現象における「ミオシンクロスブリッジ（CB）による力発生、筋フィラメントの滑り運動、フィラメント格子間隔の変化、CB形成確率の変化」という...

【生物学】生物学：真正粘菌変形体／生物物理を含む研究件

【概要】本研究は、振動性の細胞である真正粘菌変形体細胞で構築した結合振動子系に見られる時空間パターンの遷移現象のダイナミクス解析を目的としている。平成17年度では、これまでに研究代表者らが見出した遷移現象について、各相互作用強度毎に現れる振動パターンとその頻度、遷移規則を詳細に調べた。その結果、出現パターンの出現頻度には相互作用強度依存性があり、それに伴いパターン間の遷移確率も変化することがわかった。 ...

【生物学】生物学：グリシンスキャニング／生物物理を含む研究件

【研究代表者】上田太郎独立行政法人産業技術総合研究所, セルエンジニアリング研究部門, 部門付き (90356551)

【概要】アクチンミオシン系の力発生において、アクチンフィラメントは線路として機能する一方、その協同的構造変化も何らかの重要な機能を果たすと考えられている。一般に協同的構造変化の機能の解明には、優性変異の解析が有力な研究手段となる。そこでAn and Mogami (1996) が同定した10 個の優性変異アクチンについて、われわれ独自のアクチン発現系を用いて6変異の精製に成功し機能解析を行った。その結果、...

【生物学】生物学：人工細胞系／生物物理を含む研究件

【キーワード】生体分子モーター / １分子生物学 / 化学力学フィードバック / 筋収縮自励振動 / SPOC (他21件)

【概要】本研究の第一の目標は、輸送・振動・分裂などの生物要素運動に必要な分子モーターや細胞骨格動態などが生み出す力が、要素運動の制御にフィードバックするという化学力学フィードバックループ（CMFループ）の存在を明らかにすることであった。その点、筋収縮自励振動（SPOC）現象における「ミオシンクロスブリッジ（CB）による力発生、筋フィラメントの滑り運動、フィラメント格子間隔の変化、CB形成確率の変化」という...

【生物学】生物学：ナノ定量解析／生物物理を含む研究件

❏動態・局在ナノ相関法開拓：超解像１分子同時イメージングによる転写制御の相分離解明(19H03192)

【キーワード】生物物理 / バイオイメージング / 超解像顕微鏡 / １分子イメージング / 生体分子計測 (他14件)

【概要】超解像顕微鏡法と１分子イメージングの同時観察から得られる分子局在・分子動態・分子間相互作用の定量データ群を、統合的に関連付ける新しい方法を開拓した。生細胞で、超解像イメージングと１分子蛍光イメージングとを同時観察できる蛍光顕微鏡を、従来開発技術を改良し高精度化した。１分子イメージング動態解析、超解像解析ともに、従来法の改良に加え、種々の定量法を導入し、多種の定量データを取得可能にした。ナノ局在・１...

【生物学】生物学：優性阻害／生物物理を含む研究件

【研究代表者】上田太郎独立行政法人産業技術総合研究所, セルエンジニアリング研究部門, 部門付き (90356551)

【概要】アクチンミオシン系の力発生において、アクチンフィラメントは線路として機能する一方、その協同的構造変化も何らかの重要な機能を果たすと考えられている。一般に協同的構造変化の機能の解明には、優性変異の解析が有力な研究手段となる。そこでAn and Mogami (1996) が同定した10 個の優性変異アクチンについて、われわれ独自のアクチン発現系を用いて6変異の精製に成功し機能解析を行った。その結果、...

【生物学】生物学：優性変異／生物物理を含む研究件

【研究代表者】上田太郎独立行政法人産業技術総合研究所, セルエンジニアリング研究部門, 部門付き (90356551)

【概要】アクチンミオシン系の力発生において、アクチンフィラメントは線路として機能する一方、その協同的構造変化も何らかの重要な機能を果たすと考えられている。一般に協同的構造変化の機能の解明には、優性変異の解析が有力な研究手段となる。そこでAn and Mogami (1996) が同定した10 個の優性変異アクチンについて、われわれ独自のアクチン発現系を用いて6変異の精製に成功し機能解析を行った。その結果、...

【生物学】生物学：化学力学フィードバック／生物物理を含む研究件

【キーワード】生体分子モーター / １分子生物学 / 化学力学フィードバック / 筋収縮自励振動 / SPOC (他21件)

【概要】本研究の第一の目標は、輸送・振動・分裂などの生物要素運動に必要な分子モーターや細胞骨格動態などが生み出す力が、要素運動の制御にフィードバックするという化学力学フィードバックループ（CMFループ）の存在を明らかにすることであった。その点、筋収縮自励振動（SPOC）現象における「ミオシンクロスブリッジ（CB）による力発生、筋フィラメントの滑り運動、フィラメント格子間隔の変化、CB形成確率の変化」という...

【生物学】生物学：構造生物／生物物理を含む研究件

【キーワード】走査プローブ顕微鏡 / 1分子計測・操作 / バイオイメージング / タンパク質 / 細胞 (他19件)

【概要】三つの課題に取り組んだ。課題1では、既に確立した高速AFMを利用して多様な蛋白質系で起こる動的プロセスを観察し、機能メカニズムに迫るとともに、従来技術では困難な天然変性蛋白質の構造解析が高速AFMで可能であることを実証した。課題2では、振動を起こさずに広域を高速走査する技術やイメージング中に試料を操作可能なインターラクティブ高速AFMを開発し、その有効性を実証した。また、カンチレバー走査方式の高速...

【生物学】生物学：協同的構造変化／生物物理を含む研究件

【研究代表者】上田太郎独立行政法人産業技術総合研究所, セルエンジニアリング研究部門, 部門付き (90356551)

【概要】アクチンミオシン系の力発生において、アクチンフィラメントは線路として機能する一方、その協同的構造変化も何らかの重要な機能を果たすと考えられている。一般に協同的構造変化の機能の解明には、優性変異の解析が有力な研究手段となる。そこでAn and Mogami (1996) が同定した10 個の優性変異アクチンについて、われわれ独自のアクチン発現系を用いて6変異の精製に成功し機能解析を行った。その結果、...

【生物学】生物学：バイオナノマシーン／生物物理を含む研究件

❏低分子化合物による分子モーターEg5の作動機構及び阻害機構の研究(20710170)

【研究テーマ】生物分子科学

【研究代表者】矢島潤一郎学習院大学, 理学部, 研究員 (00453499)

【キーワード】バイオナノマシーン / 生物物理 / 分子モーター / バイオマシーン

【概要】細胞分裂装置である紡錘体の形成には、キネシン様モータータンパク質Eg5が必須で、Eg5の機能阻害により細胞分裂が中断してしまう重要な分子モータータンパク質である。紡錘体形成の仕組みの理解には、Eg5が引き起こす微小管のふるまいを3次元空間で詳細に調べる必要があるが、通常の顕微鏡では2次元平面での振る舞いしか観察することができない。そこで微小管に結合した微小な量子ドットを3次元で観察できる顕微鏡を開...

【生物学】生物学：統計力学理論／生物物理を含む研究件

【キーワード】揺らぎ / 統計力学 / 3D-RISM理論 / 生物物理学 / 分子動力学シミュレーション (他8件)

【概要】2013年にKimとHirataらによって提案された溶液中における分子の揺らぎの特徴を予測可能な新しい理論の解を得るための計算手法を2種類開発し、実装した。そして、本手法をアラニンジペプチド、メチオニンエンケファリンの2種類の分子の揺らぎの解析へ応用した。２つの手法は1つの構造周囲の小さな揺らぎを再現するものと、長時間のシミュレーションに対応するような大きな揺らぎを解析するためのものである。得られ...

【生物学】生物学：動態・局在ナノ相関解析／生物物理を含む研究件

❏動態・局在ナノ相関法開拓：超解像１分子同時イメージングによる転写制御の相分離解明(19H03192)

【キーワード】生物物理 / バイオイメージング / 超解像顕微鏡 / １分子イメージング / 生体分子計測 (他14件)

【概要】超解像顕微鏡法と１分子イメージングの同時観察から得られる分子局在・分子動態・分子間相互作用の定量データ群を、統合的に関連付ける新しい方法を開拓した。生細胞で、超解像イメージングと１分子蛍光イメージングとを同時観察できる蛍光顕微鏡を、従来開発技術を改良し高精度化した。１分子イメージング動態解析、超解像解析ともに、従来法の改良に加え、種々の定量法を導入し、多種の定量データを取得可能にした。ナノ局在・１...

【生物学】生物学：細胞構造・機能／生物物理を含む研究件

【キーワード】生体分子モーター / １分子生物学 / 化学力学フィードバック / 筋収縮自励振動 / SPOC (他21件)

【概要】本研究の第一の目標は、輸送・振動・分裂などの生物要素運動に必要な分子モーターや細胞骨格動態などが生み出す力が、要素運動の制御にフィードバックするという化学力学フィードバックループ（CMFループ）の存在を明らかにすることであった。その点、筋収縮自励振動（SPOC）現象における「ミオシンクロスブリッジ（CB）による力発生、筋フィラメントの滑り運動、フィラメント格子間隔の変化、CB形成確率の変化」という...

【生物学】生物学：細胞内オルガネラ／生物物理を含む研究件

【キーワード】走査プローブ顕微鏡 / 1分子計測・操作 / バイオイメージング / タンパク質 / 細胞 (他19件)

【概要】三つの課題に取り組んだ。課題1では、既に確立した高速AFMを利用して多様な蛋白質系で起こる動的プロセスを観察し、機能メカニズムに迫るとともに、従来技術では困難な天然変性蛋白質の構造解析が高速AFMで可能であることを実証した。課題2では、振動を起こさずに広域を高速走査する技術やイメージング中に試料を操作可能なインターラクティブ高速AFMを開発し、その有効性を実証した。また、カンチレバー走査方式の高速...

【生物学】生物学：キネシン／生物物理を含む研究件

【概要】細胞内の物質輸送や細胞分裂を担うモータータンパク質であるキネシン、ミオシンV、ダイニンは一定の歩幅で長距離を解離することなく、前進運動や後退運動を行う。これら三種類のモータータンパク質の１分子の運動特性を統一的に記述するために運動を単純化して、2つの状態を遷移する数理モデルを提案し、このモデルによって本研究や過去の実験結果をうまく説明することができた。また、筋肉由来のミオシン多分子による力発生を...

【生物学】生物学：ダイニン／生物物理を含む研究件

【概要】細胞内の物質輸送や細胞分裂を担うモータータンパク質であるキネシン、ミオシンV、ダイニンは一定の歩幅で長距離を解離することなく、前進運動や後退運動を行う。これら三種類のモータータンパク質の１分子の運動特性を統一的に記述するために運動を単純化して、2つの状態を遷移する数理モデルを提案し、このモデルによって本研究や過去の実験結果をうまく説明することができた。また、筋肉由来のミオシン多分子による力発生を...

【生物学】生物学：モータータンパク質／生物物理を含む研究件

【概要】細胞内の物質輸送や細胞分裂を担うモータータンパク質であるキネシン、ミオシンV、ダイニンは一定の歩幅で長距離を解離することなく、前進運動や後退運動を行う。これら三種類のモータータンパク質の１分子の運動特性を統一的に記述するために運動を単純化して、2つの状態を遷移する数理モデルを提案し、このモデルによって本研究や過去の実験結果をうまく説明することができた。また、筋肉由来のミオシン多分子による力発生を...

【生物学】基礎生物学：基準振動解析／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理学 / バイオインフォ―マティクス / 計算化学 / タンパク質の立体構造 / 基準振動解析 (他16件)

【概要】タンパク質の動的構造を理解するために基準振動解析計算を行い、低周波数の基準振動モードそれぞれについて、隣接し、大きな正の相関をもって動くアミノ酸残基対を結合して分子内動的構造ネットワークを定義した。そしてそれらネットワークの特性からタンパク質の動的構造を特徴づけることを考えた。酵素、アロステリックタンパク質、多量体などに応用し、ネットワーク解析で使われる中心性指標の一つbetweennessがタン...

【生物学】基礎生物学：細胞動態／生物物理を含む研究件

❏力学的相互作用に基づく血管新生における細胞往復運動の動態解析(19K06578)

【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31

【研究代表者】田久保直子東京大学, アイソトープ総合センター, 特任助教 (60447315)

【キーワード】血管新生 / 細胞動態 / バイオイメージング / 生物物理

【概要】本研究の目的は、不均一な動態を示す細胞集団が統合された機能体である血管を形成するメカニズムの解明である。具体的には、血管新生におけるUターン動態を含む内皮細胞のマクロスコピックな動態特性および動態メカニズムを定量的に明らかにする。特に、細胞群の力学的相互作用が個々の細胞動態パターンに及ぼす影響を明らかにし、細胞動態メカニズムを細胞の力覚応答の観点から明らかにする。前年度までに、マウス大動脈組織片...

【生物学】基礎生物学：組み換えタンパク質／生物物理を含む研究件

【研究代表者】上田太郎独立行政法人産業技術総合研究所, セルエンジニアリング研究部門, 部門付き (90356551)

【概要】アクチンミオシン系の力発生において、アクチンフィラメントは線路として機能する一方、その協同的構造変化も何らかの重要な機能を果たすと考えられている。一般に協同的構造変化の機能の解明には、優性変異の解析が有力な研究手段となる。そこでAn and Mogami (1996) が同定した10 個の優性変異アクチンについて、われわれ独自のアクチン発現系を用いて6変異の精製に成功し機能解析を行った。その結果、...

【生物学】基礎生物学：光化学系II ／生物物理を含む研究件

【概要】植物や藻類の行う光合成では，蛋白質に埋め込まれた色素が光のエネルギーを集め，そのエネルギーを効率よく伝達している．そのエネルギーは電子移動やプロトン移動を引き起こすことに使われ，水の分解・酸素発生反応を実現している．反応のしくみを明らかにするためには，実験的にだけでなく，理論的に（計算機を用いるなどして計算することによって）アプローチすることも不可欠である．本研究では，実験結果をうまく説明できる理...

【生物学】基礎生物学：理論／生物物理を含む研究件

【概要】細胞内の物質輸送や細胞分裂を担うモータータンパク質であるキネシン、ミオシンV、ダイニンは一定の歩幅で長距離を解離することなく、前進運動や後退運動を行う。これら三種類のモータータンパク質の１分子の運動特性を統一的に記述するために運動を単純化して、2つの状態を遷移する数理モデルを提案し、このモデルによって本研究や過去の実験結果をうまく説明することができた。また、筋肉由来のミオシン多分子による力発生を...

【生物学】基礎生物学：理論的研究／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理 / 研究試料の採集 / 赤血球収縮実験 / 理論的研究 / 作業仮説研究 (他12件)

【概要】琵琶湖の烏丸半島の湖岸において，原生動物ツリガネムシ種の Zoothamnium arbuscula Lake Biwa の大量採集を行った。Ca2+駆動収縮の本体タンパク質のsupaconnectin のｃDNA 分析用ペプチッド一次構造解析のためである。最終年度の2014年にやっと大量採集に成功した。ツリガネムシの採集が不可能な期間には，赤血球のCa2+ 依存膜変形，特に，収縮の研究を始めた...

【生物学】基礎生物学：遷移／生物物理を含む研究件

【概要】本研究は、振動性の細胞である真正粘菌変形体細胞で構築した結合振動子系に見られる時空間パターンの遷移現象のダイナミクス解析を目的としている。平成17年度では、これまでに研究代表者らが見出した遷移現象について、各相互作用強度毎に現れる振動パターンとその頻度、遷移規則を詳細に調べた。その結果、出現パターンの出現頻度には相互作用強度依存性があり、それに伴いパターン間の遷移確率も変化することがわかった。 ...

【生物学】基礎生物学：クロロフィル／生物物理を含む研究件

【概要】植物や藻類の行う光合成では，蛋白質に埋め込まれた色素が光のエネルギーを集め，そのエネルギーを効率よく伝達している．そのエネルギーは電子移動やプロトン移動を引き起こすことに使われ，水の分解・酸素発生反応を実現している．反応のしくみを明らかにするためには，実験的にだけでなく，理論的に（計算機を用いるなどして計算することによって）アプローチすることも不可欠である．本研究では，実験結果をうまく説明できる理...

【生物学】基礎生物学：光合成／生物物理を含む研究件

【概要】植物や藻類の行う光合成では，蛋白質に埋め込まれた色素が光のエネルギーを集め，そのエネルギーを効率よく伝達している．そのエネルギーは電子移動やプロトン移動を引き起こすことに使われ，水の分解・酸素発生反応を実現している．反応のしくみを明らかにするためには，実験的にだけでなく，理論的に（計算機を用いるなどして計算することによって）アプローチすることも不可欠である．本研究では，実験結果をうまく説明できる理...

【生物学】基礎生物学：精子走化性／生物物理を含む研究件

【概要】本研究は、精子運動を主な題材に、自動トラッキング装置を用いた高解像度・高速度な装置の開発を行うが目的である、具体的には、研究分担者の奥等が開発した高速のマイクロビジュアルフィードバックと顕微鏡を組み合わせた細胞トラッキング系を用い、研究代表者である吉田等が構築してきたLEDストロボ光源を用いた精子鞭毛運動解析装置及び高速度イメージング装置を統合し、長時間にわたって高速度・高解像度に細胞運動を解析す...

【生物学】基礎生物学：カタユウレイボヤ／生物物理を含む研究件

【概要】本研究は、精子運動を主な題材に、自動トラッキング装置を用いた高解像度・高速度な装置の開発を行うが目的である、具体的には、研究分担者の奥等が開発した高速のマイクロビジュアルフィードバックと顕微鏡を組み合わせた細胞トラッキング系を用い、研究代表者である吉田等が構築してきたLEDストロボ光源を用いた精子鞭毛運動解析装置及び高速度イメージング装置を統合し、長時間にわたって高速度・高解像度に細胞運動を解析す...

【生物学】基礎生物学：光受容タンパク質／生物物理を含む研究件

❏近赤外ラマン円偏光二色性分光法を用いて光受容タンパク質中間体の構造を明らかにする(26410017)

【キーワード】振動分光 / 生物物理 / 光受容タンパク質 / 量子化学計算 / 分子分光学 (他8件)

【概要】本研究の大きな目的は申請者らが開発してきたラマン円偏光二色性分光装置の更なる高感度化と、生命科学における重要課題への適用である。本手法は円二色性分光（いわゆるCD）のラマン分光版で、通常のラマン分光に比べて極めて多くの構造情報を提供する。特に溶液中では平面構造の分子がタンパク質中ではキラルな非平面構造になることに注目し、活性中心である補欠分子の構造的な歪みを検出できることを示してきた。特に、本研究...

【キーワード】分子分光 / 振動分光 / 生物物理 / 光受容タンパク質 / 量子化学計算 (他9件)

【概要】本研究の大きな目的は申請者らが開発してきたラマン円偏光二色性分光装置を高感度化し、これをさまざまな系に応用してその有用性を実証することである。本手法は円二色性分光のラマン分光版で、通常のラマン分光に比べて極めて多くの構造情報を提供する。特に、本研究では近赤外光励起のラマン円偏光二色性分光法をさまざまな光受容タンパク質に応用し、発色団の捻れ構造に関する微細な情報が得られることを明らかにした。最近、発...

【キーワード】生物物理 / ナノマシン / 表面・界面物性 / 放射線・X線・粒子線 / 生体分子 (他13件)

【概要】蛋白質結晶周辺の湿度を変化させ、結晶内のバルク水量を非破壊・可逆的に制御可能な装置の開発を進め、湿潤空気流量300~450ml/minで相対湿度20~96%rhの範囲で実験を行うことが可能な装置とその実験手順を確立し各種蛋白質結晶に適用した。サブゼロ温度領域で蛋白質のダイナミクスを探る実験、種々の蛋白質結晶についての構造解析、分子動力学計算を通じた蛋白質の運動と水和構造変化の相関解析も実施した。...

【生物学】基礎生物学：光生物／生物物理を含む研究件

❏呼吸鎖複合体蛋白質における電子・プロトン移動の理論計算による解析(21770163)

【研究代表者】石北央京都大学, 生命科学系キャリアパス形成ユニット, 特定助教 (00508111)

【研究期間】2009 - 2010

【キーワード】光生物 / 蛋白質 / 酵素反応 / 電子移動反応 / 生体生命情報学 (他6件)

【概要】蛋白質の立体構造を用いた理論化学計算により、膜蛋白質や酵素における電子移動・プロトン移動反応を複数の蛋白質で行った。蛋白質中の全てのアミノ酸残基の効果を考慮して蛋白質活性部位の解離性アミノ酸残基のpKa値や酸化還元電位を計算しその結果を解析することにより、蛋白質中のプロトン結合サイト、酸化還元活性部位が蛋白質環境によっていかに巧妙に制御されているか、その仕組みを明らかにした。 ...

【総合理工】ナノ・マイクロ科学：生殖補助医療／生物物理を含む研究件

【キーワード】着床前胚 / 4Dイメージング / 力学モデル / 系譜解析 / トラッキング (他21件)

【概要】本研究では、哺乳類着床前胚の発生系譜を定量的に解析する手法の構築を目指し、画像解析技術・統計解析技術・シミュレーション技術の構築を行った。画像解析では、胚内の細胞を同定する手法を改良し、最終的にはそこから得られたデータを用いた深層画像解析法の提案を行った。系譜統計解析では、細胞の分裂待ち時間などから細胞の潜在情報を推定する手法を提案した。そして、胚内の細胞における力学的相互作用と発生プロセスの再...

【総合理工】ナノ・マイクロ科学：分子・細胞解析技術／生物物理を含む研究件

【キーワード】デジタルマイクロフルイディクス / マイクロ液滴技術 / ラチェット / マイクロ流体技術 / 分子・細胞解析技術 (他13件)

【概要】高感度・並列集積化バイオアッセイの実現に向け、まずデジタルマイクロ流体技術とマイクロチャンバーアレイを融合したデバイス構造を設計・作製し、機能を検証し、さらに溶液の入れ替えを行うことにより繰り返しデジタル計数法を検証した。また流路壁形状を非対称にすることにより、新規ラチェット機構による液滴の整流機構を実現した。さらに電極形状を工夫することにより、流路壁の表面や形状のばらつきに伴う影響を無くし、より...

【総合理工】ナノ・マイクロ科学：デジタルマイクロフルイディクス／生物物理を含む研究件

【キーワード】デジタルマイクロフルイディクス / マイクロ液滴技術 / ラチェット / マイクロ流体技術 / 分子・細胞解析技術 (他13件)

【概要】高感度・並列集積化バイオアッセイの実現に向け、まずデジタルマイクロ流体技術とマイクロチャンバーアレイを融合したデバイス構造を設計・作製し、機能を検証し、さらに溶液の入れ替えを行うことにより繰り返しデジタル計数法を検証した。また流路壁形状を非対称にすることにより、新規ラチェット機構による液滴の整流機構を実現した。さらに電極形状を工夫することにより、流路壁の表面や形状のばらつきに伴う影響を無くし、より...

【総合理工】ナノ・マイクロ科学：マイクロ・ナノ加工技術／生物物理を含む研究件

【キーワード】デジタルマイクロフルイディクス / マイクロ液滴技術 / ラチェット / マイクロ流体技術 / 分子・細胞解析技術 (他13件)

【概要】高感度・並列集積化バイオアッセイの実現に向け、まずデジタルマイクロ流体技術とマイクロチャンバーアレイを融合したデバイス構造を設計・作製し、機能を検証し、さらに溶液の入れ替えを行うことにより繰り返しデジタル計数法を検証した。また流路壁形状を非対称にすることにより、新規ラチェット機構による液滴の整流機構を実現した。さらに電極形状を工夫することにより、流路壁の表面や形状のばらつきに伴う影響を無くし、より...

【総合理工】ナノ・マイクロ科学：マイクロ・ナノ工学／生物物理を含む研究件

【キーワード】デジタルマイクロフルイディクス / マイクロ液滴技術 / ラチェット / マイクロ流体技術 / 分子・細胞解析技術 (他13件)

【概要】高感度・並列集積化バイオアッセイの実現に向け、まずデジタルマイクロ流体技術とマイクロチャンバーアレイを融合したデバイス構造を設計・作製し、機能を検証し、さらに溶液の入れ替えを行うことにより繰り返しデジタル計数法を検証した。また流路壁形状を非対称にすることにより、新規ラチェット機構による液滴の整流機構を実現した。さらに電極形状を工夫することにより、流路壁の表面や形状のばらつきに伴う影響を無くし、より...

【総合理工】ナノ・マイクロ科学：マイクロ液滴技術／生物物理を含む研究件

【キーワード】デジタルマイクロフルイディクス / マイクロ液滴技術 / ラチェット / マイクロ流体技術 / 分子・細胞解析技術 (他13件)

【概要】高感度・並列集積化バイオアッセイの実現に向け、まずデジタルマイクロ流体技術とマイクロチャンバーアレイを融合したデバイス構造を設計・作製し、機能を検証し、さらに溶液の入れ替えを行うことにより繰り返しデジタル計数法を検証した。また流路壁形状を非対称にすることにより、新規ラチェット機構による液滴の整流機構を実現した。さらに電極形状を工夫することにより、流路壁の表面や形状のばらつきに伴う影響を無くし、より...

【総合理工】ナノ・マイクロ科学：マイクロ流体技術／生物物理を含む研究件

【キーワード】デジタルマイクロフルイディクス / マイクロ液滴技術 / ラチェット / マイクロ流体技術 / 分子・細胞解析技術 (他13件)

【概要】高感度・並列集積化バイオアッセイの実現に向け、まずデジタルマイクロ流体技術とマイクロチャンバーアレイを融合したデバイス構造を設計・作製し、機能を検証し、さらに溶液の入れ替えを行うことにより繰り返しデジタル計数法を検証した。また流路壁形状を非対称にすることにより、新規ラチェット機構による液滴の整流機構を実現した。さらに電極形状を工夫することにより、流路壁の表面や形状のばらつきに伴う影響を無くし、より...

【総合理工】ナノ・マイクロ科学：ナノ・マイクロ加工技術／生物物理を含む研究件

【キーワード】デジタルマイクロフルイディクス / マイクロ液滴技術 / ラチェット / マイクロ流体技術 / 分子・細胞解析技術 (他13件)

【概要】高感度・並列集積化バイオアッセイの実現に向け、まずデジタルマイクロ流体技術とマイクロチャンバーアレイを融合したデバイス構造を設計・作製し、機能を検証し、さらに溶液の入れ替えを行うことにより繰り返しデジタル計数法を検証した。また流路壁形状を非対称にすることにより、新規ラチェット機構による液滴の整流機構を実現した。さらに電極形状を工夫することにより、流路壁の表面や形状のばらつきに伴う影響を無くし、より...

【総合理工】ナノ・マイクロ科学：ナノマイクロシステム／生物物理を含む研究件

【キーワード】デジタルマイクロフルイディクス / マイクロ液滴技術 / ラチェット / マイクロ流体技術 / 分子・細胞解析技術 (他13件)

【概要】高感度・並列集積化バイオアッセイの実現に向け、まずデジタルマイクロ流体技術とマイクロチャンバーアレイを融合したデバイス構造を設計・作製し、機能を検証し、さらに溶液の入れ替えを行うことにより繰り返しデジタル計数法を検証した。また流路壁形状を非対称にすることにより、新規ラチェット機構による液滴の整流機構を実現した。さらに電極形状を工夫することにより、流路壁の表面や形状のばらつきに伴う影響を無くし、より...

【総合理工】ナノ・マイクロ科学：ラチェット／生物物理を含む研究件

【キーワード】デジタルマイクロフルイディクス / マイクロ液滴技術 / ラチェット / マイクロ流体技術 / 分子・細胞解析技術 (他13件)

【概要】高感度・並列集積化バイオアッセイの実現に向け、まずデジタルマイクロ流体技術とマイクロチャンバーアレイを融合したデバイス構造を設計・作製し、機能を検証し、さらに溶液の入れ替えを行うことにより繰り返しデジタル計数法を検証した。また流路壁形状を非対称にすることにより、新規ラチェット機構による液滴の整流機構を実現した。さらに電極形状を工夫することにより、流路壁の表面や形状のばらつきに伴う影響を無くし、より...

【総合理工】ナノ・マイクロ科学：ナノ加工技術／生物物理を含む研究件

【キーワード】生体分子モーター / マイクロ・ナノマシ / ナノ加工技術 / MEMS / 生物物理 (他9件)

【概要】本研究において、高感度で生体分子の活性を検出するための新しいマイクロデバイスの開発に成功し、生体分子モーターに関する新しい重要な結果を得ることができた。【14-15年度】膜タンパクの研究:大きさ約100ミクロン程度の微小孔に、有機溶媒中に溶かした脂質をバッファで挟むことによって製作し、この平面膜を顕微鏡下で観察する実験系を組み上げた。これをマイクロシステム中で応用するために、シリコンで微細な流路...

【総合理工】応用物理学：協同現象／生物物理を含む研究件

【概要】ミクロな分子運動からマクロな天体運動まで、自然の各階層における多体系の集団運動を統一的に理解することは、現代科学の重要な課題である。本研究では、非線形力学、統計力学、微分幾何学の手法を駆使してこの課題に取り組んだ。その結果、ミクロな分子運動の階層においては、回転型分子モーターの運動機構やDNAの高次らせん形成に関する新たな幾何学的モデルを提案することができた。また、原子集合体の解離運動を駆動する集...

【総合理工】応用物理学：シンクロトロン放射光／生物物理を含む研究件

【キーワード】Ｘ線回折イメージング / 放射光 / Ｘ線自由電子レーザー / 低温Ｘ線回折実験 / 位相回復 (他26件)

【概要】シンクロトロン放射光を用いた低温Ｘ線回折イメージング・トモグラフィーと、Ｘ線自由電子レーザーを用いた低温Ｘ線回折イメージングにおける試料作製および実験装置の高度化をおこなうとともに、新たな構造解析法を考案した。それらをもとに、バクテリア細胞や酵母細胞核の普遍的な内部構造などを可視化するとともに、バクテリア細胞や酵母細胞の三次元構造解析を行い、生体非結晶粒子の非侵襲イメージングを確立した。 ...

【総合理工】応用物理学：核スピン／生物物理を含む研究件

【キーワード】１分子観察 / 一分子計測(SMD) / 一分子観察 / １分子計測(SMD) / 一分子観察(SMD) (他13件)

【概要】我々は、結晶中にある無数のイオン一つ一つをそれぞれ1量子ビットずつに割り当てることで、量子ビットを高度に集積することを目指して、新しい系の探索と観察する光学顕微鏡の独自開発を10年にわたり続けてきた。当該研究では、Pr3+同士の三次元相対位置を決定する場合に、遷移双極子の向きにより、20~30 nmの系統誤差が生じることが分かった。そこで、三次元のすべての軸を高精度に決定することで、この系統誤差を...

【工学】機械工学：生体分子モーター／生物物理を含む研究件

【キーワード】生体分子モーター / １分子生物学 / 化学力学フィードバック / 筋収縮自励振動 / SPOC (他21件)

【概要】本研究の第一の目標は、輸送・振動・分裂などの生物要素運動に必要な分子モーターや細胞骨格動態などが生み出す力が、要素運動の制御にフィードバックするという化学力学フィードバックループ（CMFループ）の存在を明らかにすることであった。その点、筋収縮自励振動（SPOC）現象における「ミオシンクロスブリッジ（CB）による力発生、筋フィラメントの滑り運動、フィラメント格子間隔の変化、CB形成確率の変化」という...

【キーワード】生体分子モーター / マイクロ・ナノマシ / ナノ加工技術 / MEMS / 生物物理 (他9件)

【概要】本研究において、高感度で生体分子の活性を検出するための新しいマイクロデバイスの開発に成功し、生体分子モーターに関する新しい重要な結果を得ることができた。【14-15年度】膜タンパクの研究:大きさ約100ミクロン程度の微小孔に、有機溶媒中に溶かした脂質をバッファで挟むことによって製作し、この平面膜を顕微鏡下で観察する実験系を組み上げた。これをマイクロシステム中で応用するために、シリコンで微細な流路...

【工学】機械工学：マイクロ・ナノマシ／生物物理を含む研究件

【キーワード】生体分子モーター / マイクロ・ナノマシ / ナノ加工技術 / MEMS / 生物物理 (他9件)

【概要】本研究において、高感度で生体分子の活性を検出するための新しいマイクロデバイスの開発に成功し、生体分子モーターに関する新しい重要な結果を得ることができた。【14-15年度】膜タンパクの研究:大きさ約100ミクロン程度の微小孔に、有機溶媒中に溶かした脂質をバッファで挟むことによって製作し、この平面膜を顕微鏡下で観察する実験系を組み上げた。これをマイクロシステム中で応用するために、シリコンで微細な流路...

【工学】機械工学：マイクロ・ナノマシン／生物物理を含む研究件

【キーワード】生体分子モーター / マイクロ・ナノマシ / ナノ加工技術 / MEMS / 生物物理 (他9件)

【概要】本研究において、高感度で生体分子の活性を検出するための新しいマイクロデバイスの開発に成功し、生体分子モーターに関する新しい重要な結果を得ることができた。【14-15年度】膜タンパクの研究:大きさ約100ミクロン程度の微小孔に、有機溶媒中に溶かした脂質をバッファで挟むことによって製作し、この平面膜を顕微鏡下で観察する実験系を組み上げた。これをマイクロシステム中で応用するために、シリコンで微細な流路...

【工学】機械工学：ナノパターン／生物物理を含む研究件

【キーワード】生体分子モーター / マイクロ・ナノマシ / ナノ加工技術 / MEMS / 生物物理 (他9件)

【概要】本研究において、高感度で生体分子の活性を検出するための新しいマイクロデバイスの開発に成功し、生体分子モーターに関する新しい重要な結果を得ることができた。【14-15年度】膜タンパクの研究:大きさ約100ミクロン程度の微小孔に、有機溶媒中に溶かした脂質をバッファで挟むことによって製作し、この平面膜を顕微鏡下で観察する実験系を組み上げた。これをマイクロシステム中で応用するために、シリコンで微細な流路...

【工学】機械工学：ベシクル／生物物理を含む研究件

【キーワード】細胞モデル / 界面張力 / 細胞接着 / 細胞組織モデル / 自己組織化 (他12件)

【概要】生物を形作る細胞は、機能に適した形態と内部構造を備えている。我々は、この細胞形状と構造の制御機構を明らかにするために、細胞組織における細胞の空間配置と細胞間接着力に着目し、それらの相関関係を、複数の細胞サイズ液滴からなる細胞組織モデルを用いて調べた。細胞の空間配置が関与しない二細胞モデルでは、細胞間接着力が細胞表面の界面張力と、細胞膜と細胞内の高分子との相互作用によって決定されることが示された。一...

【工学】材料工学：希土類イオン／生物物理を含む研究件

【キーワード】１分子観察 / 一分子計測(SMD) / 一分子観察 / １分子計測(SMD) / 一分子観察(SMD) (他13件)

【概要】我々は、結晶中にある無数のイオン一つ一つをそれぞれ1量子ビットずつに割り当てることで、量子ビットを高度に集積することを目指して、新しい系の探索と観察する光学顕微鏡の独自開発を10年にわたり続けてきた。当該研究では、Pr3+同士の三次元相対位置を決定する場合に、遷移双極子の向きにより、20~30 nmの系統誤差が生じることが分かった。そこで、三次元のすべての軸を高精度に決定することで、この系統誤差を...

【工学】プロセス・化学工学：生体分子計測／生物物理を含む研究件

❏動態・局在ナノ相関法開拓：超解像１分子同時イメージングによる転写制御の相分離解明(19H03192)

【キーワード】生物物理 / バイオイメージング / 超解像顕微鏡 / １分子イメージング / 生体分子計測 (他14件)

【概要】超解像顕微鏡法と１分子イメージングの同時観察から得られる分子局在・分子動態・分子間相互作用の定量データ群を、統合的に関連付ける新しい方法を開拓した。生細胞で、超解像イメージングと１分子蛍光イメージングとを同時観察できる蛍光顕微鏡を、従来開発技術を改良し高精度化した。１分子イメージング動態解析、超解像解析ともに、従来法の改良に加え、種々の定量法を導入し、多種の定量データを取得可能にした。ナノ局在・１...

【キーワード】１分子イメージング / バイオイメージング / 細胞機能と構造 / 超解像顕微鏡 / 生体分子計測 (他8件)

【概要】光学顕微鏡における生細胞蛍光１分子超解像顕微鏡法を超解像法へと発展させ、生細胞分子動態を定量し、分子機構を解明することを目的として、次の３項目を行った。１．超解像１分子顕微鏡システムの改良。照明光の均質化、結像系の最適化、画像の位置ずれ抑制を中心に、高解像度化を行った。２．超解像多色同期１分子イメージング解析法の改良。超解像分子動態・相互作用解析における多色同期画像を用いた高精度解析において、多色...

【工学】プロセス・化学工学：リポソームディスプレイ法／生物物理を含む研究件

【キーワード】膜タンパク質 / リポソーム / 進化分子工学 / 人工細胞 / 無細胞タンパク質合成系 (他12件)

【概要】自然界が進化によって探索した配列空間はほんの一部である。合理的デザインにより、現在までに可溶性タンパク質については、未開拓配列空間に多くの構造・機能を持つ人工タンパク質が存在することが明らかになってきた。本研究では、膜タンパク質でも機能・構造を持つ人工膜タンパク質を持つ分子が存在すること示した。具体的には、2 nmのポアを持つ人工膜タンパク質を設計し、その機能を人工細胞リアクターを用いて明らかにし...

【工学】プロセス・化学工学：デノボデザイン／生物物理を含む研究件

【キーワード】膜タンパク質 / リポソーム / 進化分子工学 / 人工細胞 / 無細胞タンパク質合成系 (他12件)

【概要】自然界が進化によって探索した配列空間はほんの一部である。合理的デザインにより、現在までに可溶性タンパク質については、未開拓配列空間に多くの構造・機能を持つ人工タンパク質が存在することが明らかになってきた。本研究では、膜タンパク質でも機能・構造を持つ人工膜タンパク質を持つ分子が存在すること示した。具体的には、2 nmのポアを持つ人工膜タンパク質を設計し、その機能を人工細胞リアクターを用いて明らかにし...

【工学】プロセス・化学工学：人工膜タンパク質／生物物理を含む研究件

【キーワード】膜タンパク質 / リポソーム / 進化分子工学 / 人工細胞 / 無細胞タンパク質合成系 (他12件)

【概要】自然界が進化によって探索した配列空間はほんの一部である。合理的デザインにより、現在までに可溶性タンパク質については、未開拓配列空間に多くの構造・機能を持つ人工タンパク質が存在することが明らかになってきた。本研究では、膜タンパク質でも機能・構造を持つ人工膜タンパク質を持つ分子が存在すること示した。具体的には、2 nmのポアを持つ人工膜タンパク質を設計し、その機能を人工細胞リアクターを用いて明らかにし...

【工学】プロセス・化学工学：合理的設計／生物物理を含む研究件

【キーワード】膜タンパク質 / リポソーム / 進化分子工学 / 人工細胞 / 無細胞タンパク質合成系 (他12件)

【概要】自然界が進化によって探索した配列空間はほんの一部である。合理的デザインにより、現在までに可溶性タンパク質については、未開拓配列空間に多くの構造・機能を持つ人工タンパク質が存在することが明らかになってきた。本研究では、膜タンパク質でも機能・構造を持つ人工膜タンパク質を持つ分子が存在すること示した。具体的には、2 nmのポアを持つ人工膜タンパク質を設計し、その機能を人工細胞リアクターを用いて明らかにし...

【工学】プロセス・化学工学：音響波／生物物理を含む研究件

【キーワード】メカノバイオロジー / メカニカルストレス / 可視化 / 音響波 / 生物物理 (他11件)

【概要】本研究では，HzからkHz（1000分の1秒に相当）の力学刺激を細胞へと負荷するための実験システム，およびMHz（100万分の1秒に相当）からサブGHz（10憶分の1秒に相当）の力学刺激を細胞へと負荷するための実験システムの開発を行いました．それぞれのシステムにおいて，細胞応答として細胞内カルシウムイオン濃度を計測することが可能です．開発したシステムにより細胞を刺激し，カルシウムイオン濃度の変化を...

【工学】電気電子工学：μ-TAS ／生物物理を含む研究件

❏マイクロ・ナノシステムを用いた生体分子の1分子機能解析と分子間相互作用解析(17201031)

【研究期間】2005 - 2008

【キーワード】1分子計測 / 生物物理 / ナノバイオ / マイクロ・ナノデバイス / μTAS (他6件)

【概要】微小流路をチップ上に作製し、蛍光標識した生体試料を蛍光顕微鏡にて高感度に検出し、温度感受性ハイドロゲルをレーザー局所加熱にて制御し、生体試料溶液を高精度に流し分ける技術の開発を行った。その結果、1個の量子ドットに結合した生体分子を高感度に検出し、3msの時間分解能で分離することに成功した。また、石英ガラス基板に金属薄膜を約100nm蒸着し、これに100nmの開口を開けてエバネッセント場を発生させた...

【工学】電気電子工学：位相回復／生物物理を含む研究件

【キーワード】Ｘ線回折イメージング / 放射光 / Ｘ線自由電子レーザー / 低温Ｘ線回折実験 / 位相回復 (他26件)

【概要】シンクロトロン放射光を用いた低温Ｘ線回折イメージング・トモグラフィーと、Ｘ線自由電子レーザーを用いた低温Ｘ線回折イメージングにおける試料作製および実験装置の高度化をおこなうとともに、新たな構造解析法を考案した。それらをもとに、バクテリア細胞や酵母細胞核の普遍的な内部構造などを可視化するとともに、バクテリア細胞や酵母細胞の三次元構造解析を行い、生体非結晶粒子の非侵襲イメージングを確立した。 ...

【工学】電気電子工学：水分解／生物物理を含む研究件

【概要】植物や藻類の行う光合成では，蛋白質に埋め込まれた色素が光のエネルギーを集め，そのエネルギーを効率よく伝達している．そのエネルギーは電子移動やプロトン移動を引き起こすことに使われ，水の分解・酸素発生反応を実現している．反応のしくみを明らかにするためには，実験的にだけでなく，理論的に（計算機を用いるなどして計算することによって）アプローチすることも不可欠である．本研究では，実験結果をうまく説明できる理...

【工学】電気電子工学：応用光学／生物物理を含む研究件

【キーワード】メカノバイオロジー / メカニカルストレス / 可視化 / 音響波 / 生物物理 (他11件)

【概要】本研究では，HzからkHz（1000分の1秒に相当）の力学刺激を細胞へと負荷するための実験システム，およびMHz（100万分の1秒に相当）からサブGHz（10憶分の1秒に相当）の力学刺激を細胞へと負荷するための実験システムの開発を行いました．それぞれのシステムにおいて，細胞応答として細胞内カルシウムイオン濃度を計測することが可能です．開発したシステムにより細胞を刺激し，カルシウムイオン濃度の変化を...

【工学】電気電子工学：抗原-抗体反応／生物物理を含む研究件

【キーワード】１分子イメージング / １分子観察 / 低温顕微鏡 / 抗原抗体反応 / １分子計測(SMD) (他11件)

【概要】タンパク質は複合体をつくり生理機能を発現している。当該課題の研究目的は、その分子間相互作用を１分子観察できる光イメージング法を確立することにある。このような試みは世界的に見ても誰も成功していない。それは、分子間相互作用を研究するには、解像度1 nmで三次元全ての軸に対する空間情報を取得しなければならないからである。このような背景から我々は、ナノメートルの分解能のクライオ蛍光顕微鏡の開発に取り組ん...

【工学】土木工学：力学モデル／生物物理を含む研究件

【キーワード】着床前胚 / 4Dイメージング / 力学モデル / 系譜解析 / トラッキング (他21件)

【概要】本研究では、哺乳類着床前胚の発生系譜を定量的に解析する手法の構築を目指し、画像解析技術・統計解析技術・シミュレーション技術の構築を行った。画像解析では、胚内の細胞を同定する手法を改良し、最終的にはそこから得られたデータを用いた深層画像解析法の提案を行った。系譜統計解析では、細胞の分裂待ち時間などから細胞の潜在情報を推定する手法を提案した。そして、胚内の細胞における力学的相互作用と発生プロセスの再...

【工学】土木工学：熱力学／生物物理を含む研究件

【キーワード】情報熱力学 / シグナル伝達 / 情報幾何 / 不確定性関係 / オンサーガ相反関係 (他15件)

【概要】本研究において、情報と熱力学の間の融合理論である情報熱力学を進展させ、シグナル伝達などの生体情報処理の基礎理論として発展させることができた。主に、情報処理を含んだ形での流れと力の関係であるオンサーガ相反関係の一般化や、因果推定の熱力学、また情報幾何と呼ばれる情報理論の微分幾何形式と熱力学の対応関係を構築することで、熱コストと速度の間のトレードオフ関係としての熱力学的な不確定性関係を導出することに成...

【工学】総合工学：2色X線CT ／生物物理を含む研究件

【キーワード】電子線形加速器 / X-band / コンプトン散乱X線源 / 2色X線CT / 放射線,X線,粒子線 (他9件)

【概要】東大原子力専攻において、X-bandマルチバンチ電子線形加速器を用いた小型コンプトン散乱X線源の開発を進めてきている。本研究においては、全システムの構築と性能評価を目的とし、平成18年度ではシステム全体の構築、特にX-band熱陰極RF電子銃によるビーム生成試験と、加速管を含む全立体回路の構築、コンプトン散乱用レーザーシステムの構築を実施してきた。これまでに、X-bandクライストロンによる大電力...

【工学】総合工学：計測工学／生物物理を含む研究件

【概要】本研究は、精子運動を主な題材に、自動トラッキング装置を用いた高解像度・高速度な装置の開発を行うが目的である、具体的には、研究分担者の奥等が開発した高速のマイクロビジュアルフィードバックと顕微鏡を組み合わせた細胞トラッキング系を用い、研究代表者である吉田等が構築してきたLEDストロボ光源を用いた精子鞭毛運動解析装置及び高速度イメージング装置を統合し、長時間にわたって高速度・高解像度に細胞運動を解析す...

【工学】総合工学：分子動力学法／生物物理を含む研究件

【キーワード】水素イオン / 分子シミュレーション / 凝縮系 / 量子化学 / ダイナミクス (他11件)

【概要】我々は溶媒の量子化学効果を取り込む手法を検証・改良する過程において、全てのハイブリッドモデルシミュレーションが影響をうけるアーティファクトを発見した。このアーティファクトは今まで議論されたことはなかったが、水素イオンのダイナミクスを再現する上でそれを補正することが非常に重要になる。そこで当初の予定を変更し、このアーティファクトの詳細な分析と補正法の提唱を行いその有効性を示すことに成功した。さらに...

【工学】総合工学：廃棄物処理／生物物理を含む研究件

【キーワード】電子線形加速器 / X-band / コンプトン散乱X線源 / 2色X線CT / 放射線,X線,粒子線 (他9件)

【概要】東大原子力専攻において、X-bandマルチバンチ電子線形加速器を用いた小型コンプトン散乱X線源の開発を進めてきている。本研究においては、全システムの構築と性能評価を目的とし、平成18年度ではシステム全体の構築、特にX-band熱陰極RF電子銃によるビーム生成試験と、加速管を含む全立体回路の構築、コンプトン散乱用レーザーシステムの構築を実施してきた。これまでに、X-bandクライストロンによる大電力...

【工学】総合工学：メカニズム／生物物理を含む研究件

【概要】細胞内の物質輸送や細胞分裂を担うモータータンパク質であるキネシン、ミオシンV、ダイニンは一定の歩幅で長距離を解離することなく、前進運動や後退運動を行う。これら三種類のモータータンパク質の１分子の運動特性を統一的に記述するために運動を単純化して、2つの状態を遷移する数理モデルを提案し、このモデルによって本研究や過去の実験結果をうまく説明することができた。また、筋肉由来のミオシン多分子による力発生を...

【工学】総合工学：X-band ／生物物理を含む研究件

【キーワード】電子線形加速器 / X-band / コンプトン散乱X線源 / 2色X線CT / 放射線,X線,粒子線 (他9件)

【概要】東大原子力専攻において、X-bandマルチバンチ電子線形加速器を用いた小型コンプトン散乱X線源の開発を進めてきている。本研究においては、全システムの構築と性能評価を目的とし、平成18年度ではシステム全体の構築、特にX-band熱陰極RF電子銃によるビーム生成試験と、加速管を含む全立体回路の構築、コンプトン散乱用レーザーシステムの構築を実施してきた。これまでに、X-bandクライストロンによる大電力...

【工学】総合工学：コンプトン散乱X線源／生物物理を含む研究件

【キーワード】電子線形加速器 / X-band / コンプトン散乱X線源 / 2色X線CT / 放射線,X線,粒子線 (他9件)

【概要】東大原子力専攻において、X-bandマルチバンチ電子線形加速器を用いた小型コンプトン散乱X線源の開発を進めてきている。本研究においては、全システムの構築と性能評価を目的とし、平成18年度ではシステム全体の構築、特にX-band熱陰極RF電子銃によるビーム生成試験と、加速管を含む全立体回路の構築、コンプトン散乱用レーザーシステムの構築を実施してきた。これまでに、X-bandクライストロンによる大電力...

【工学】総合工学：クラスター／生物物理を含む研究件

【概要】ミクロな分子運動からマクロな天体運動まで、自然の各階層における多体系の集団運動を統一的に理解することは、現代科学の重要な課題である。本研究では、非線形力学、統計力学、微分幾何学の手法を駆使してこの課題に取り組んだ。その結果、ミクロな分子運動の階層においては、回転型分子モーターの運動機構やDNAの高次らせん形成に関する新たな幾何学的モデルを提案することができた。また、原子集合体の解離運動を駆動する集...

【工学】総合工学：マイクロマシン／生物物理を含む研究件

【キーワード】自己組織化 / 自律システム / マイクロマシン / マイクロ流体 / 生物物理 (他8件)

【概要】従来の自己組織化システムは，系の安定点に収束させることで，ある構造を構築する“self-assembly”を利用したものが一般的であったが，この場合，結晶などの均一な構造を作ることが限界であり，生命システムなどの複雑で自律的なシステムを構築することができなかった．本研究では，動的な自己組織化としての“self-organization”を目指して研究を行った．すなわち，非平衡環境下で，分子のスケー...

【工学】総合工学：表面・界面物性／生物物理を含む研究件

【概要】本研究では，自立型脂質二重膜である黒膜について，レーザー誘起界面変形法（LISD），光褪色後蛍光回復法（FRAP）の適用を可能にすると共にコレステロール濃度・浸透圧依存性の測定を行った。浸透圧が増加した場合，膜張力と拡散係数が共に増加したのに対し，コレステロール濃度が増加した場合は膜張力が増加したのに対して拡散係数の減少が見られた。これらの結果は膜張力と流動性についての系統的な測定結果として重要で...

【キーワード】生物物理 / ナノマシン / 表面・界面物性 / 放射線・X線・粒子線 / 生体分子 (他13件)

【概要】蛋白質結晶周辺の湿度を変化させ、結晶内のバルク水量を非破壊・可逆的に制御可能な装置の開発を進め、湿潤空気流量300~450ml/minで相対湿度20~96%rhの範囲で実験を行うことが可能な装置とその実験手順を確立し各種蛋白質結晶に適用した。サブゼロ温度領域で蛋白質のダイナミクスを探る実験、種々の蛋白質結晶についての構造解析、分子動力学計算を通じた蛋白質の運動と水和構造変化の相関解析も実施した。...

【工学】総合工学：3次元構造／生物物理を含む研究件

【キーワード】Ｘ線回折イメージング / 放射光 / Ｘ線自由電子レーザー / 低温Ｘ線回折実験 / 位相回復 (他26件)

【概要】シンクロトロン放射光を用いた低温Ｘ線回折イメージング・トモグラフィーと、Ｘ線自由電子レーザーを用いた低温Ｘ線回折イメージングにおける試料作製および実験装置の高度化をおこなうとともに、新たな構造解析法を考案した。それらをもとに、バクテリア細胞や酵母細胞核の普遍的な内部構造などを可視化するとともに、バクテリア細胞や酵母細胞の三次元構造解析を行い、生体非結晶粒子の非侵襲イメージングを確立した。 ...

【工学】総合工学：AFM ／生物物理を含む研究件

【キーワード】走査プローブ顕微鏡 / 1分子計測・操作 / バイオイメージング / タンパク質 / 細胞 (他19件)

【概要】三つの課題に取り組んだ。課題1では、既に確立した高速AFMを利用して多様な蛋白質系で起こる動的プロセスを観察し、機能メカニズムに迫るとともに、従来技術では困難な天然変性蛋白質の構造解析が高速AFMで可能であることを実証した。課題2では、振動を起こさずに広域を高速走査する技術やイメージング中に試料を操作可能なインターラクティブ高速AFMを開発し、その有効性を実証した。また、カンチレバー走査方式の高速...

【工学】総合工学：確率システム／生物物理を含む研究件

【キーワード】遺伝子回路 / 確率システム / システム同定 / 凸最適化 / マイクロ流路 (他8件)

【概要】本研究では，微生物の細胞内で動作する人工的な反応系（遺伝子回路）のダイナミクスをシステム工学的なアプローチで数理モデル化するために必要な理論，およびモデル化に必要なデータを取得するためのマイクロ流路実験系の構築を行った．特に，生化学反応システムの数理モデルが計測データの少なさや反応ダイナミクスの確率ゆらぎなどの影響により大きな「不確かさ」を有することに着目し，不確かさを定量的に扱うためのパラメタ...

【工学】総合工学：原子間力顕微鏡／生物物理を含む研究件

【キーワード】走査プローブ顕微鏡 / 1分子計測・操作 / バイオイメージング / タンパク質 / 細胞 (他19件)

【概要】三つの課題に取り組んだ。課題1では、既に確立した高速AFMを利用して多様な蛋白質系で起こる動的プロセスを観察し、機能メカニズムに迫るとともに、従来技術では困難な天然変性蛋白質の構造解析が高速AFMで可能であることを実証した。課題2では、振動を起こさずに広域を高速走査する技術やイメージング中に試料を操作可能なインターラクティブ高速AFMを開発し、その有効性を実証した。また、カンチレバー走査方式の高速...

❏鋭敏な聴覚の源であるモーター蛋白質プレスチンの精製とそれを用いた構造と機能の解明(18390455)

【キーワード】耳科学 / 蛋白質 / 分子モータ / Prestin / 原子間力顕微鏡 (他14件)

【概要】Prestinは哺乳類内耳外有毛細胞の細胞膜に高密度に発現している膜タンパク質である.細胞膜電位が変化すると,prestinは細胞内の陰イオンを輸送し,それに伴い構造変化すると考えられている.そして,その構造変化は外有毛細胞の伸縮運動を引き起こすと推察されている.Prestinについてその同定以来様々な研究が行われてきたが,prestinの形状や構造変化メカニズムは解明されていない.そこで本研究で...

【工学】総合工学：走査プローブ顕微鏡／生物物理を含む研究件

【キーワード】走査プローブ顕微鏡 / 1分子計測・操作 / バイオイメージング / タンパク質 / 細胞 (他19件)

【概要】三つの課題に取り組んだ。課題1では、既に確立した高速AFMを利用して多様な蛋白質系で起こる動的プロセスを観察し、機能メカニズムに迫るとともに、従来技術では困難な天然変性蛋白質の構造解析が高速AFMで可能であることを実証した。課題2では、振動を起こさずに広域を高速走査する技術やイメージング中に試料を操作可能なインターラクティブ高速AFMを開発し、その有効性を実証した。また、カンチレバー走査方式の高速...

❏鋭敏な聴覚の源であるモーター蛋白質プレスチンの精製とそれを用いた構造と機能の解明(18390455)

【キーワード】耳科学 / 蛋白質 / 分子モータ / Prestin / 原子間力顕微鏡 (他14件)

【概要】Prestinは哺乳類内耳外有毛細胞の細胞膜に高密度に発現している膜タンパク質である.細胞膜電位が変化すると,prestinは細胞内の陰イオンを輸送し,それに伴い構造変化すると考えられている.そして,その構造変化は外有毛細胞の伸縮運動を引き起こすと推察されている.Prestinについてその同定以来様々な研究が行われてきたが,prestinの形状や構造変化メカニズムは解明されていない.そこで本研究で...

【工学】総合工学：マイクロ流体／生物物理を含む研究件

【キーワード】自己組織化 / 自律システム / マイクロマシン / マイクロ流体 / 生物物理 (他8件)

【概要】従来の自己組織化システムは，系の安定点に収束させることで，ある構造を構築する“self-assembly”を利用したものが一般的であったが，この場合，結晶などの均一な構造を作ることが限界であり，生命システムなどの複雑で自律的なシステムを構築することができなかった．本研究では，動的な自己組織化としての“self-organization”を目指して研究を行った．すなわち，非平衡環境下で，分子のスケー...

【工学】総合工学：レオロジー／生物物理を含む研究件

【キーワード】非平衡統計力学 / ソフトマター物理 / 生物物理 / ガラス転移 / ジャミング転移 (他7件)

【概要】(1)ジャミング系の非線形レオロジー: ジャミング転移点近傍における非線形レオロジーを数値実験により解析した。特に、転移点近傍での応力緩和を、振動シアのプロトコルと、微小剪断後の緩和プロトコルの両方で解析を行い、その代数的緩和が従来しられていた指数から系統的に外れることを明らかにした。この指数は剪断の振幅に敏感に依存し、振幅が線形領域から非線形領域に移行すると指数が従来の値に一致することを明らかに...

【キーワード】物性基礎論 / ガラス転移 / ソフトマター / 化学物理 / 非平衡物理学 (他8件)

【概要】ガラス転移現象を、シミュレーションと理論解析により開拓することを目的とした研究を行った。従来のガラス転移研究の困難の克服するために、我々は、(i) 新規の液体モデル系を採用すること、(ii) 系を空間的に非一様にすること、そして、(iii) 系を非平衡条件下に置く、などの非従来方の設定やモデルを採用した。その結果、異常なガラス相、異常な次元依存性、理想ガラス転移点近傍の熱力学異常、せん断と密度に依...

【工学】総合工学：界面張力／生物物理を含む研究件

【キーワード】細胞モデル / 界面張力 / 細胞接着 / 細胞組織モデル / 自己組織化 (他12件)

【概要】生物を形作る細胞は、機能に適した形態と内部構造を備えている。我々は、この細胞形状と構造の制御機構を明らかにするために、細胞組織における細胞の空間配置と細胞間接着力に着目し、それらの相関関係を、複数の細胞サイズ液滴からなる細胞組織モデルを用いて調べた。細胞の空間配置が関与しない二細胞モデルでは、細胞間接着力が細胞表面の界面張力と、細胞膜と細胞内の高分子との相互作用によって決定されることが示された。一...

【工学】総合工学：粘弾性／生物物理を含む研究件

【概要】細胞中では、ブラウン運動とは異なる異常拡散が生じる。本研究では、高濃度高分子溶液を脂質膜で閉じ込めた細胞サイズの液滴により細胞の構造を再現し、蛍光相関分光法を用いた拡散挙動の解析から、構造的な特徴が分子拡散へ及ぼす影響の解明を目指した。その結果、異常拡散性は、高分子がつくる混雑環境にのみ依存して液滴半径には依存しなかった。一方、拡散係数は液滴半径が約20um以下で低下すること、その低下度は液滴を覆...

【工学】総合工学：結晶成長／生物物理を含む研究件

【キーワード】パターン形成 / バクテリア / コロニー / スケーリング / フラクタル (他13件)

【概要】自然界、社会に見られるランダムなパターンの構造と統計について主として三つの課題を研究した。1.大腸菌と緑膿菌について環境条件を変えるとコロニーパターンがどのように変化するかのダイヤグラムを確立し、そのうちの周期パターンの菌密度変化を詳しく調べた。2.ランダムパターンの成長界面の自己アフィンフラクタル性を、バクテリアコロニー、地形などを例にして詳しく調べた。3.都道府県人口、市町村人口、私たちの身長...

【工学】総合工学：MEMS ／生物物理を含む研究件

【キーワード】生体分子モーター / マイクロ・ナノマシ / ナノ加工技術 / MEMS / 生物物理 (他9件)

【概要】本研究において、高感度で生体分子の活性を検出するための新しいマイクロデバイスの開発に成功し、生体分子モーターに関する新しい重要な結果を得ることができた。【14-15年度】膜タンパクの研究:大きさ約100ミクロン程度の微小孔に、有機溶媒中に溶かした脂質をバッファで挟むことによって製作し、この平面膜を顕微鏡下で観察する実験系を組み上げた。これをマイクロシステム中で応用するために、シリコンで微細な流路...

【工学】総合工学：分子シミュレーション／生物物理を含む研究件

【キーワード】水素イオン / 分子シミュレーション / 凝縮系 / 量子化学 / ダイナミクス (他11件)

【概要】我々は溶媒の量子化学効果を取り込む手法を検証・改良する過程において、全てのハイブリッドモデルシミュレーションが影響をうけるアーティファクトを発見した。このアーティファクトは今まで議論されたことはなかったが、水素イオンのダイナミクスを再現する上でそれを補正することが非常に重要になる。そこで当初の予定を変更し、このアーティファクトの詳細な分析と補正法の提唱を行いその有効性を示すことに成功した。さらに...

❏分子シミュレーションによるABCトランスポーターの「ジャンケン」メカニズムの解明(25870220)

【キーワード】ABCトランスポーター / ATP / 基質 / 輸送 / カップリングヘリックス (他9件)

【概要】ATP-binding cassette (ABC)トランスポーターは、ATPの結合・加水分解・解離のエネルギーを用いて細胞膜を介して様々な基質を輸送する膜内在性タンパク質の大きなスーパーファミリーの一つである。本研究では、細菌のABCトランスポーターMsbA, TM287/288を対象としてカップリングヘリックス(CHs)の役割やATP結合の影響に着目した分子シミュレーションによる解析を行った。...

【工学】総合工学：大規模システム／生物物理を含む研究件

【キーワード】大規模システム / 真社会性昆虫 / 集団 / 意思決定 / Non-linear Markov (他21件)

【概要】集団は個人の集合体なので、個人の意思決定の結果に応じて、集団の挙動が変化する。しかし、個人の意思決定は、集団の動向によって変化することが考えられる。このような場合には、個人の意思決定と集団の行動が複雑に絡み合い、意思決定が難しい。本研究は、株式市場、共同で巣を運営する真社会性昆虫、インターネット上での巨大サービス提供会社と需要を具体的な題材として、このようなインタラクションの理論的な枠組みとその実...

【工学】総合工学：シミュレーション工学／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物シミュレーション / 神経科学 / 生物物理 / 可視化技術 / 確率シミュレーション (他12件)

【概要】神経および分泌性細胞において、細胞内から特定の物質を分泌する開口放出メカニズムについては広く研究が進められているが、定量的に理解するためのモデルは必ずしも十分に整備されていない。本研究では、(1)開口放出メカニズムを解析するための新規なイメージング技術の開発と、(2)定量的な理解を行うためのモデルの構築を行った。(1)では、開口放出をトリガーする細胞内カルシウム濃度変化と開口放出を定量的にイメージ...

【工学】総合工学：レーザー／生物物理を含む研究件

【キーワード】メカノバイオロジー / メカニカルストレス / 可視化 / 音響波 / 生物物理 (他11件)

【概要】本研究では，HzからkHz（1000分の1秒に相当）の力学刺激を細胞へと負荷するための実験システム，およびMHz（100万分の1秒に相当）からサブGHz（10憶分の1秒に相当）の力学刺激を細胞へと負荷するための実験システムの開発を行いました．それぞれのシステムにおいて，細胞応答として細胞内カルシウムイオン濃度を計測することが可能です．開発したシステムにより細胞を刺激し，カルシウムイオン濃度の変化を...

【工学】総合工学：最適制御／生物物理を含む研究件

【概要】本研究課題では，最適原理に基づく細胞の動的情報伝達機構の解明を行った．研究成果としては，細胞の動的信号のデコードメカニズムを，最適原理により導いた．そのような最適なデコード機構が分子メカニズム的に実装可能であることを示した．また，細胞の拡散による影響を理論的に調べ，どのような場合に拡散が無視できるかを理論的に明らかにした．これらの結果は，国際査読付きジャーナル論文誌に発表した． ...

【工学】総合工学：ダイナミクス／生物物理を含む研究件

【キーワード】水素イオン / 分子シミュレーション / 凝縮系 / 量子化学 / ダイナミクス (他11件)

【概要】我々は溶媒の量子化学効果を取り込む手法を検証・改良する過程において、全てのハイブリッドモデルシミュレーションが影響をうけるアーティファクトを発見した。このアーティファクトは今まで議論されたことはなかったが、水素イオンのダイナミクスを再現する上でそれを補正することが非常に重要になる。そこで当初の予定を変更し、このアーティファクトの詳細な分析と補正法の提唱を行いその有効性を示すことに成功した。さらに...

【キーワード】走査プローブ顕微鏡 / 1分子計測・操作 / バイオイメージング / タンパク質 / 細胞 (他19件)

【概要】三つの課題に取り組んだ。課題1では、既に確立した高速AFMを利用して多様な蛋白質系で起こる動的プロセスを観察し、機能メカニズムに迫るとともに、従来技術では困難な天然変性蛋白質の構造解析が高速AFMで可能であることを実証した。課題2では、振動を起こさずに広域を高速走査する技術やイメージング中に試料を操作可能なインターラクティブ高速AFMを開発し、その有効性を実証した。また、カンチレバー走査方式の高速...

【工学】総合工学：放射線・X線・粒子線／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理 / ナノマシン / 表面・界面物性 / 放射線・X線・粒子線 / 生体分子 (他13件)

【概要】蛋白質結晶周辺の湿度を変化させ、結晶内のバルク水量を非破壊・可逆的に制御可能な装置の開発を進め、湿潤空気流量300~450ml/minで相対湿度20~96%rhの範囲で実験を行うことが可能な装置とその実験手順を確立し各種蛋白質結晶に適用した。サブゼロ温度領域で蛋白質のダイナミクスを探る実験、種々の蛋白質結晶についての構造解析、分子動力学計算を通じた蛋白質の運動と水和構造変化の相関解析も実施した。...

【キーワード】電子線形加速器 / X-band / コンプトン散乱X線源 / 2色X線CT / 放射線,X線,粒子線 (他9件)

【概要】東大原子力専攻において、X-bandマルチバンチ電子線形加速器を用いた小型コンプトン散乱X線源の開発を進めてきている。本研究においては、全システムの構築と性能評価を目的とし、平成18年度ではシステム全体の構築、特にX-band熱陰極RF電子銃によるビーム生成試験と、加速管を含む全立体回路の構築、コンプトン散乱用レーザーシステムの構築を実施してきた。これまでに、X-bandクライストロンによる大電力...

【工学】総合工学：マイクロ・ナノデバイス／生物物理を含む研究件

【キーワード】デジタルマイクロフルイディクス / マイクロ液滴技術 / ラチェット / マイクロ流体技術 / 分子・細胞解析技術 (他13件)

【概要】高感度・並列集積化バイオアッセイの実現に向け、まずデジタルマイクロ流体技術とマイクロチャンバーアレイを融合したデバイス構造を設計・作製し、機能を検証し、さらに溶液の入れ替えを行うことにより繰り返しデジタル計数法を検証した。また流路壁形状を非対称にすることにより、新規ラチェット機構による液滴の整流機構を実現した。さらに電極形状を工夫することにより、流路壁の表面や形状のばらつきに伴う影響を無くし、より...

【キーワード】遺伝子回路 / 確率システム / システム同定 / 凸最適化 / マイクロ流路 (他8件)

【概要】本研究では，微生物の細胞内で動作する人工的な反応系（遺伝子回路）のダイナミクスをシステム工学的なアプローチで数理モデル化するために必要な理論，およびモデル化に必要なデータを取得するためのマイクロ流路実験系の構築を行った．特に，生化学反応システムの数理モデルが計測データの少なさや反応ダイナミクスの確率ゆらぎなどの影響により大きな「不確かさ」を有することに着目し，不確かさを定量的に扱うためのパラメタ...

【キーワード】自己組織化 / 自律システム / マイクロマシン / マイクロ流体 / 生物物理 (他8件)

【概要】従来の自己組織化システムは，系の安定点に収束させることで，ある構造を構築する“self-assembly”を利用したものが一般的であったが，この場合，結晶などの均一な構造を作ることが限界であり，生命システムなどの複雑で自律的なシステムを構築することができなかった．本研究では，動的な自己組織化としての“self-organization”を目指して研究を行った．すなわち，非平衡環境下で，分子のスケー...

【工学】総合工学：マイクロ流路／生物物理を含む研究件

【キーワード】遺伝子回路 / 確率システム / システム同定 / 凸最適化 / マイクロ流路 (他8件)

【概要】本研究では，微生物の細胞内で動作する人工的な反応系（遺伝子回路）のダイナミクスをシステム工学的なアプローチで数理モデル化するために必要な理論，およびモデル化に必要なデータを取得するためのマイクロ流路実験系の構築を行った．特に，生化学反応システムの数理モデルが計測データの少なさや反応ダイナミクスの確率ゆらぎなどの影響により大きな「不確かさ」を有することに着目し，不確かさを定量的に扱うためのパラメタ...

【工学】総合工学：制御工学／生物物理を含む研究件

【キーワード】遺伝子回路 / 確率システム / システム同定 / 凸最適化 / マイクロ流路 (他8件)

【概要】本研究では，微生物の細胞内で動作する人工的な反応系（遺伝子回路）のダイナミクスをシステム工学的なアプローチで数理モデル化するために必要な理論，およびモデル化に必要なデータを取得するためのマイクロ流路実験系の構築を行った．特に，生化学反応システムの数理モデルが計測データの少なさや反応ダイナミクスの確率ゆらぎなどの影響により大きな「不確かさ」を有することに着目し，不確かさを定量的に扱うためのパラメタ...

【工学】総合工学：システム同定／生物物理を含む研究件

【キーワード】遺伝子回路 / 確率システム / システム同定 / 凸最適化 / マイクロ流路 (他8件)

【概要】本研究では，微生物の細胞内で動作する人工的な反応系（遺伝子回路）のダイナミクスをシステム工学的なアプローチで数理モデル化するために必要な理論，およびモデル化に必要なデータを取得するためのマイクロ流路実験系の構築を行った．特に，生化学反応システムの数理モデルが計測データの少なさや反応ダイナミクスの確率ゆらぎなどの影響により大きな「不確かさ」を有することに着目し，不確かさを定量的に扱うためのパラメタ...

【工学】総合工学：シミュレーション／生物物理を含む研究件

【キーワード】曲率誘導タンパク質 / 反応拡散波 / シミュレーション / 生物物理 / ソフトマター

【概要】非平衡下で生体膜がとる多様な形状変化、パターン形成を明らかにするのが本研究課題の目的である。今年度は、曲率誘導タンパク質および、その制御因子の膜への吸着、膜上の拡散が引き起こす現象について反抗拡散方程式と膜変形をカップルさせた計算を行い、膜変形を伴う反応拡散波について調べた。球面では空間的に一様な振動が起こる条件でも、曲率の高い（条件によっては低い）部位から、進行波が形成されることや、波の速度が曲...

❏タンパク質による生体膜の形態制御(17K05607)

【キーワード】生物物理 / ソフトマター / 生体膜 / シミュレーション

【概要】本研究では粗視化シミュレーションを用いて、曲率誘導タンパク質などによる生体膜の構造変化を研究した。（１）キラリティがチューブ形成に重要であること、（２）膜変形とのカップリングによって膜上の反応拡散波の安定性やチューリングパターンが変化すること、（３）アクチン繊維成長との相互作用が熱平衡とは異なる膜ゆらぎを誘起することなどを明らかにするとともに、（４）膜の力学物性の計算手法の開発や（５）ナビエ・スト...

❏架橋による生体膜の構造制御(25400425)

【キーワード】生物物理 / ソフトマター / 細胞 / 生体膜 / シミュレーション

【概要】数値計算を主に用いて、タンパク質などによる生体膜の形状制御の仕組みを研究した。まず、膜間のゆらぎのエントロピーによって生体膜間を架橋する結合サイトが凝集する条件を明らかにした。次に、高分子修飾によって大きな膜ドメインが不安定化し、多数のマイクロドメインが形成されることがあることを示した。そして、バナナ状タンパク質の吸着により、多角形膜チューブや多面体ベシクルが形成することを明らかにした。タンパク質...

【工学】総合工学：応答特性／生物物理を含む研究件

【概要】幹細胞は外部シグナルや内因的に生成される情報に基づき、さまざまな細胞タイプへ分化できる。この細胞分化がどのような論理に基づいて起こるのかを正しく理解するには、従来の幹細胞研究で用いられてきた集団計測だけでなく、個々の細胞の時間的な状態変化を実験者側から制御された環境下で調べることのできる新たな計測ツールが必要となる。本研究課題では、このような計測を実現する1細胞計測技術を開発し、それを用いてマウス...

【工学】総合工学：可視化／生物物理を含む研究件

【キーワード】メカノバイオロジー / メカニカルストレス / 可視化 / 音響波 / 生物物理 (他11件)

【概要】本研究では，HzからkHz（1000分の1秒に相当）の力学刺激を細胞へと負荷するための実験システム，およびMHz（100万分の1秒に相当）からサブGHz（10憶分の1秒に相当）の力学刺激を細胞へと負荷するための実験システムの開発を行いました．それぞれのシステムにおいて，細胞応答として細胞内カルシウムイオン濃度を計測することが可能です．開発したシステムにより細胞を刺激し，カルシウムイオン濃度の変化を...

【概要】脳領域を客合理的に分類する新規手法を開発した。ラマン分光によるスペクトル計測を脳標本で行うことより、ピクセル毎にスペクトル情報を得る。このスペクトル情報を利用して、スペクトルが似た領域を抽出し、マッピングした。この結果，神経線維をラッピングしているミエリンや、セロトニン、ドーパミン、グルタミン酸含有細胞を非染色で検出することができた。また脳領域境界を合理的に決定する方法として、核位置を利用したボロ...

❏神経細胞その場破壊技術による線虫神経回路のシステム生物学的解析(19650071)

【キーワード】神経科学 / 可視化 / 生体生命情報学 / 行動学 / 生物物理

【概要】線虫神経系は、遺伝子から行動までを繋げることが可能な理想的な実験系である。そのために種々の疾病の原因を探る研究として、突然変異体の単離とその原因遺伝子を明らかにする順遺伝学的な方法と最近のRNAi技術に代表されるような逆遺伝学的な解析手法が用いられてきている。しかしながら神経系に関わる疾患(学習および行動異常等)に関しては、原因遺伝子とその機能を直接結びつけることが従来困難であった。その最大の理由...

【総合生物】ゲノム科学：系譜解析／生物物理を含む研究件

【キーワード】着床前胚 / 4Dイメージング / 力学モデル / 系譜解析 / トラッキング (他21件)

【概要】本研究では、哺乳類着床前胚の発生系譜を定量的に解析する手法の構築を目指し、画像解析技術・統計解析技術・シミュレーション技術の構築を行った。画像解析では、胚内の細胞を同定する手法を改良し、最終的にはそこから得られたデータを用いた深層画像解析法の提案を行った。系譜統計解析では、細胞の分裂待ち時間などから細胞の潜在情報を推定する手法を提案した。そして、胚内の細胞における力学的相互作用と発生プロセスの再...

【総合生物】ゲノム科学：核同定／生物物理を含む研究件

【キーワード】着床前胚 / 4Dイメージング / 力学モデル / 系譜解析 / トラッキング (他21件)

【概要】本研究では、哺乳類着床前胚の発生系譜を定量的に解析する手法の構築を目指し、画像解析技術・統計解析技術・シミュレーション技術の構築を行った。画像解析では、胚内の細胞を同定する手法を改良し、最終的にはそこから得られたデータを用いた深層画像解析法の提案を行った。系譜統計解析では、細胞の分裂待ち時間などから細胞の潜在情報を推定する手法を提案した。そして、胚内の細胞における力学的相互作用と発生プロセスの再...

【総合生物】ゲノム科学：再生補助医療／生物物理を含む研究件

【キーワード】着床前胚 / 4Dイメージング / 力学モデル / 系譜解析 / トラッキング (他21件)

【概要】本研究では、哺乳類着床前胚の発生系譜を定量的に解析する手法の構築を目指し、画像解析技術・統計解析技術・シミュレーション技術の構築を行った。画像解析では、胚内の細胞を同定する手法を改良し、最終的にはそこから得られたデータを用いた深層画像解析法の提案を行った。系譜統計解析では、細胞の分裂待ち時間などから細胞の潜在情報を推定する手法を提案した。そして、胚内の細胞における力学的相互作用と発生プロセスの再...

【総合生物】ゲノム科学：着床前杯／生物物理を含む研究件

【キーワード】着床前胚 / 4Dイメージング / 力学モデル / 系譜解析 / トラッキング (他21件)

【概要】本研究では、哺乳類着床前胚の発生系譜を定量的に解析する手法の構築を目指し、画像解析技術・統計解析技術・シミュレーション技術の構築を行った。画像解析では、胚内の細胞を同定する手法を改良し、最終的にはそこから得られたデータを用いた深層画像解析法の提案を行った。系譜統計解析では、細胞の分裂待ち時間などから細胞の潜在情報を推定する手法を提案した。そして、胚内の細胞における力学的相互作用と発生プロセスの再...

【総合生物】ゲノム科学：着床前胚／生物物理を含む研究件

【キーワード】着床前胚 / 4Dイメージング / 力学モデル / 系譜解析 / トラッキング (他21件)

【概要】本研究では、哺乳類着床前胚の発生系譜を定量的に解析する手法の構築を目指し、画像解析技術・統計解析技術・シミュレーション技術の構築を行った。画像解析では、胚内の細胞を同定する手法を改良し、最終的にはそこから得られたデータを用いた深層画像解析法の提案を行った。系譜統計解析では、細胞の分裂待ち時間などから細胞の潜在情報を推定する手法を提案した。そして、胚内の細胞における力学的相互作用と発生プロセスの再...

【総合生物】ゲノム科学：隠れ状態／生物物理を含む研究件

【キーワード】着床前胚 / 4Dイメージング / 力学モデル / 系譜解析 / トラッキング (他21件)

【概要】本研究では、哺乳類着床前胚の発生系譜を定量的に解析する手法の構築を目指し、画像解析技術・統計解析技術・シミュレーション技術の構築を行った。画像解析では、胚内の細胞を同定する手法を改良し、最終的にはそこから得られたデータを用いた深層画像解析法の提案を行った。系譜統計解析では、細胞の分裂待ち時間などから細胞の潜在情報を推定する手法を提案した。そして、胚内の細胞における力学的相互作用と発生プロセスの再...

【総合生物】ゲノム科学：発生系譜／生物物理を含む研究件

【キーワード】着床前胚 / 4Dイメージング / 力学モデル / 系譜解析 / トラッキング (他21件)

【概要】本研究では、哺乳類着床前胚の発生系譜を定量的に解析する手法の構築を目指し、画像解析技術・統計解析技術・シミュレーション技術の構築を行った。画像解析では、胚内の細胞を同定する手法を改良し、最終的にはそこから得られたデータを用いた深層画像解析法の提案を行った。系譜統計解析では、細胞の分裂待ち時間などから細胞の潜在情報を推定する手法を提案した。そして、胚内の細胞における力学的相互作用と発生プロセスの再...

【総合生物】ゲノム科学：数理工学／生物物理を含む研究件

【キーワード】着床前胚 / 4Dイメージング / 力学モデル / 系譜解析 / トラッキング (他21件)

【概要】本研究では、哺乳類着床前胚の発生系譜を定量的に解析する手法の構築を目指し、画像解析技術・統計解析技術・シミュレーション技術の構築を行った。画像解析では、胚内の細胞を同定する手法を改良し、最終的にはそこから得られたデータを用いた深層画像解析法の提案を行った。系譜統計解析では、細胞の分裂待ち時間などから細胞の潜在情報を推定する手法を提案した。そして、胚内の細胞における力学的相互作用と発生プロセスの再...

【研究代表者】藤原寛太郎東京大学, ニューロインテリジェンス国際研究機構, 特任准教授 (00557704)

【概要】神経スパイク時系列に対する様々な統計解析手法の提案・検討を行った。その結果、これまでの統計解析手法では適用が難しいとされてきたような長時間相関を有する時系列データや、極めて定常な時系列データに対して我々の開発した統計解析手法が有効であることを示された。さらに、神経スパイク時系列の複雑性としてデータの周期性やカオス性などの様々な尺度から時系列を評価し、それらの尺度と神経数理モデルとの関係性を調査した...

【総合生物】生体分子化学：バイオマシーン／生物物理を含む研究件

❏低分子化合物による分子モーターEg5の作動機構及び阻害機構の研究(20710170)

【研究テーマ】生物分子科学

【研究代表者】矢島潤一郎学習院大学, 理学部, 研究員 (00453499)

【キーワード】バイオナノマシーン / 生物物理 / 分子モーター / バイオマシーン

【概要】細胞分裂装置である紡錘体の形成には、キネシン様モータータンパク質Eg5が必須で、Eg5の機能阻害により細胞分裂が中断してしまう重要な分子モータータンパク質である。紡錘体形成の仕組みの理解には、Eg5が引き起こす微小管のふるまいを3次元空間で詳細に調べる必要があるが、通常の顕微鏡では2次元平面での振る舞いしか観察することができない。そこで微小管に結合した微小な量子ドットを3次元で観察できる顕微鏡を開...

【総合生物】生体分子化学：無細胞タンパク質合成系／生物物理を含む研究件

【キーワード】膜タンパク質 / リポソーム / 進化分子工学 / 人工細胞 / 無細胞タンパク質合成系 (他12件)

【概要】自然界が進化によって探索した配列空間はほんの一部である。合理的デザインにより、現在までに可溶性タンパク質については、未開拓配列空間に多くの構造・機能を持つ人工タンパク質が存在することが明らかになってきた。本研究では、膜タンパク質でも機能・構造を持つ人工膜タンパク質を持つ分子が存在すること示した。具体的には、2 nmのポアを持つ人工膜タンパク質を設計し、その機能を人工細胞リアクターを用いて明らかにし...

【総合生物】生体分子化学：1細胞計測／生物物理を含む研究件

【概要】幹細胞は外部シグナルや内因的に生成される情報に基づき、さまざまな細胞タイプへ分化できる。この細胞分化がどのような論理に基づいて起こるのかを正しく理解するには、従来の幹細胞研究で用いられてきた集団計測だけでなく、個々の細胞の時間的な状態変化を実験者側から制御された環境下で調べることのできる新たな計測ツールが必要となる。本研究課題では、このような計測を実現する1細胞計測技術を開発し、それを用いてマウス...

【総合生物】生体分子化学：1分子計測(SDM) ／生物物理を含む研究件

【キーワード】デジタルマイクロフルイディクス / マイクロ液滴技術 / ラチェット / マイクロ流体技術 / 分子・細胞解析技術 (他13件)

【概要】高感度・並列集積化バイオアッセイの実現に向け、まずデジタルマイクロ流体技術とマイクロチャンバーアレイを融合したデバイス構造を設計・作製し、機能を検証し、さらに溶液の入れ替えを行うことにより繰り返しデジタル計数法を検証した。また流路壁形状を非対称にすることにより、新規ラチェット機構による液滴の整流機構を実現した。さらに電極形状を工夫することにより、流路壁の表面や形状のばらつきに伴う影響を無くし、より...

【概要】細胞内の物質輸送や細胞分裂を担うモータータンパク質であるキネシン、ミオシンV、ダイニンは一定の歩幅で長距離を解離することなく、前進運動や後退運動を行う。これら三種類のモータータンパク質の１分子の運動特性を統一的に記述するために運動を単純化して、2つの状態を遷移する数理モデルを提案し、このモデルによって本研究や過去の実験結果をうまく説明することができた。また、筋肉由来のミオシン多分子による力発生を...

【キーワード】１分子イメージング / １分子観察 / 低温顕微鏡 / 抗原抗体反応 / １分子計測(SMD) (他11件)

【概要】タンパク質は複合体をつくり生理機能を発現している。当該課題の研究目的は、その分子間相互作用を１分子観察できる光イメージング法を確立することにある。このような試みは世界的に見ても誰も成功していない。それは、分子間相互作用を研究するには、解像度1 nmで三次元全ての軸に対する空間情報を取得しなければならないからである。このような背景から我々は、ナノメートルの分解能のクライオ蛍光顕微鏡の開発に取り組ん...

【総合生物】生体医工学・生体材料学：生体医工学／生物物理を含む研究件

【キーワード】メカノバイオロジー / メカニカルストレス / 可視化 / 音響波 / 生物物理 (他11件)

【概要】本研究では，HzからkHz（1000分の1秒に相当）の力学刺激を細胞へと負荷するための実験システム，およびMHz（100万分の1秒に相当）からサブGHz（10憶分の1秒に相当）の力学刺激を細胞へと負荷するための実験システムの開発を行いました．それぞれのシステムにおいて，細胞応答として細胞内カルシウムイオン濃度を計測することが可能です．開発したシステムにより細胞を刺激し，カルシウムイオン濃度の変化を...

【総合生物】生体医工学・生体材料学：光ピンセット／生物物理を含む研究件

❏タンパク質の翻訳と熟成を担う生体分子機械の1分子機能解析(21370065)

【キーワード】1分子計測 / ナノバイオ / 分子機械 / 生物物理 / 分子計測 (他6件)

【概要】1分子のリボソームとmRNAからなる翻訳の初期過程にある複合体の破断力を光ピンセットにより測定した。その結果、IF2は最終的に形成される70S翻訳開始複合体を安定化することで、効率的な翻訳開始に寄与していることが明らかになった。次に、シャペロニン反応サイクルを解析した。GroELは2つのリングを交互に利用しながら反応サイクルを進行させていると考えられていた。しかし、高濃度の変性タンパク質が存在する...

【総合生物】生体医工学・生体材料学：コロニー／生物物理を含む研究件

【キーワード】パターン形成 / バクテリア / コロニー / スケーリング / フラクタル (他13件)

【概要】自然界、社会に見られるランダムなパターンの構造と統計について主として三つの課題を研究した。1.大腸菌と緑膿菌について環境条件を変えるとコロニーパターンがどのように変化するかのダイヤグラムを確立し、そのうちの周期パターンの菌密度変化を詳しく調べた。2.ランダムパターンの成長界面の自己アフィンフラクタル性を、バクテリアコロニー、地形などを例にして詳しく調べた。3.都道府県人口、市町村人口、私たちの身長...

【総合生物】生体医工学・生体材料学：生物シミュレーション／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物シミュレーション / 神経科学 / 生物物理 / 可視化技術 / 確率シミュレーション (他12件)

【概要】神経および分泌性細胞において、細胞内から特定の物質を分泌する開口放出メカニズムについては広く研究が進められているが、定量的に理解するためのモデルは必ずしも十分に整備されていない。本研究では、(1)開口放出メカニズムを解析するための新規なイメージング技術の開発と、(2)定量的な理解を行うためのモデルの構築を行った。(1)では、開口放出をトリガーする細胞内カルシウム濃度変化と開口放出を定量的にイメージ...

【総合生物】生体医工学・生体材料学：Mg動員／生物物理を含む研究件

❏マルチカラーイメージング手法を用いた神経細胞内Ｍｇイオンダイナミクスの包括的理解(24240045)

【キーワード】生体生命情報学 / シグナル伝達 / 再生医学 / 生物物理 / 神経科学 (他22件)

【概要】(1)細胞内の特定器官に局在する新規Mgプローブを開発し、ミトコンドリアから細胞質に放出されるMgイオン動態を解析した。(2)一酸化窒素刺激（NO）に伴う細胞内Mgイオン濃度の上昇が、NO/cGMP/KMGシグナル伝達に伴うミトコンドリアからのMgイオン流出によるものであることを示した。(3)パーキンソン病と細胞内Mgとの関係について明らかにすることを目指し、PC12細胞をパーキンソン病様に細胞死...

【総合生物】生体医工学・生体材料学：確率シミュレーション／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物シミュレーション / 神経科学 / 生物物理 / 可視化技術 / 確率シミュレーション (他12件)

【概要】神経および分泌性細胞において、細胞内から特定の物質を分泌する開口放出メカニズムについては広く研究が進められているが、定量的に理解するためのモデルは必ずしも十分に整備されていない。本研究では、(1)開口放出メカニズムを解析するための新規なイメージング技術の開発と、(2)定量的な理解を行うためのモデルの構築を行った。(1)では、開口放出をトリガーする細胞内カルシウム濃度変化と開口放出を定量的にイメージ...

【総合生物】生体医工学・生体材料学：細胞内Mgイオン／生物物理を含む研究件

❏マルチカラーイメージング手法を用いた神経細胞内Ｍｇイオンダイナミクスの包括的理解(24240045)

【キーワード】生体生命情報学 / シグナル伝達 / 再生医学 / 生物物理 / 神経科学 (他22件)

【概要】(1)細胞内の特定器官に局在する新規Mgプローブを開発し、ミトコンドリアから細胞質に放出されるMgイオン動態を解析した。(2)一酸化窒素刺激（NO）に伴う細胞内Mgイオン濃度の上昇が、NO/cGMP/KMGシグナル伝達に伴うミトコンドリアからのMgイオン流出によるものであることを示した。(3)パーキンソン病と細胞内Mgとの関係について明らかにすることを目指し、PC12細胞をパーキンソン病様に細胞死...

【総合生物】生体医工学・生体材料学：細胞内Mgイオン動態／生物物理を含む研究件

❏マルチカラーイメージング手法を用いた神経細胞内Ｍｇイオンダイナミクスの包括的理解(24240045)

【キーワード】生体生命情報学 / シグナル伝達 / 再生医学 / 生物物理 / 神経科学 (他22件)

【概要】(1)細胞内の特定器官に局在する新規Mgプローブを開発し、ミトコンドリアから細胞質に放出されるMgイオン動態を解析した。(2)一酸化窒素刺激（NO）に伴う細胞内Mgイオン濃度の上昇が、NO/cGMP/KMGシグナル伝達に伴うミトコンドリアからのMgイオン流出によるものであることを示した。(3)パーキンソン病と細胞内Mgとの関係について明らかにすることを目指し、PC12細胞をパーキンソン病様に細胞死...

【総合生物】生体医工学・生体材料学：螢光イメージング／生物物理を含む研究件

❏マルチカラーイメージング手法を用いた神経細胞内Ｍｇイオンダイナミクスの包括的理解(24240045)

【キーワード】生体生命情報学 / シグナル伝達 / 再生医学 / 生物物理 / 神経科学 (他22件)

【概要】(1)細胞内の特定器官に局在する新規Mgプローブを開発し、ミトコンドリアから細胞質に放出されるMgイオン動態を解析した。(2)一酸化窒素刺激（NO）に伴う細胞内Mgイオン濃度の上昇が、NO/cGMP/KMGシグナル伝達に伴うミトコンドリアからのMgイオン流出によるものであることを示した。(3)パーキンソン病と細胞内Mgとの関係について明らかにすることを目指し、PC12細胞をパーキンソン病様に細胞死...

【総合生物】生体医工学・生体材料学：DNAコンピュータ／生物物理を含む研究件

【キーワード】自己組織化 / 自律システム / マイクロマシン / マイクロ流体 / 生物物理 (他8件)

【概要】従来の自己組織化システムは，系の安定点に収束させることで，ある構造を構築する“self-assembly”を利用したものが一般的であったが，この場合，結晶などの均一な構造を作ることが限界であり，生命システムなどの複雑で自律的なシステムを構築することができなかった．本研究では，動的な自己組織化としての“self-organization”を目指して研究を行った．すなわち，非平衡環境下で，分子のスケー...

【総合生物】生体医工学・生体材料学：新規Mgプローブ／生物物理を含む研究件

❏マルチカラーイメージング手法を用いた神経細胞内Ｍｇイオンダイナミクスの包括的理解(24240045)

【キーワード】生体生命情報学 / シグナル伝達 / 再生医学 / 生物物理 / 神経科学 (他22件)

【概要】(1)細胞内の特定器官に局在する新規Mgプローブを開発し、ミトコンドリアから細胞質に放出されるMgイオン動態を解析した。(2)一酸化窒素刺激（NO）に伴う細胞内Mgイオン濃度の上昇が、NO/cGMP/KMGシグナル伝達に伴うミトコンドリアからのMgイオン流出によるものであることを示した。(3)パーキンソン病と細胞内Mgとの関係について明らかにすることを目指し、PC12細胞をパーキンソン病様に細胞死...

【総合生物】生体医工学・生体材料学：定量生物学／生物物理を含む研究件

【キーワード】着床前胚 / 4Dイメージング / 力学モデル / 系譜解析 / トラッキング (他21件)

【概要】本研究では、哺乳類着床前胚の発生系譜を定量的に解析する手法の構築を目指し、画像解析技術・統計解析技術・シミュレーション技術の構築を行った。画像解析では、胚内の細胞を同定する手法を改良し、最終的にはそこから得られたデータを用いた深層画像解析法の提案を行った。系譜統計解析では、細胞の分裂待ち時間などから細胞の潜在情報を推定する手法を提案した。そして、胚内の細胞における力学的相互作用と発生プロセスの再...

【総合生物】生体医工学・生体材料学：無細胞翻訳系／生物物理を含む研究件

【キーワード】膜タンパク質 / リポソーム / 進化分子工学 / 人工細胞 / 無細胞タンパク質合成系 (他12件)

【概要】自然界が進化によって探索した配列空間はほんの一部である。合理的デザインにより、現在までに可溶性タンパク質については、未開拓配列空間に多くの構造・機能を持つ人工タンパク質が存在することが明らかになってきた。本研究では、膜タンパク質でも機能・構造を持つ人工膜タンパク質を持つ分子が存在すること示した。具体的には、2 nmのポアを持つ人工膜タンパク質を設計し、その機能を人工細胞リアクターを用いて明らかにし...

【総合生物】生体医工学・生体材料学：人工細胞／生物物理を含む研究件

【概要】細胞中では、ブラウン運動とは異なる異常拡散が生じる。本研究では、高濃度高分子溶液を脂質膜で閉じ込めた細胞サイズの液滴により細胞の構造を再現し、蛍光相関分光法を用いた拡散挙動の解析から、構造的な特徴が分子拡散へ及ぼす影響の解明を目指した。その結果、異常拡散性は、高分子がつくる混雑環境にのみ依存して液滴半径には依存しなかった。一方、拡散係数は液滴半径が約20um以下で低下すること、その低下度は液滴を覆...

【キーワード】膜タンパク質 / リポソーム / 進化分子工学 / 人工細胞 / 無細胞タンパク質合成系 (他12件)

【概要】自然界が進化によって探索した配列空間はほんの一部である。合理的デザインにより、現在までに可溶性タンパク質については、未開拓配列空間に多くの構造・機能を持つ人工タンパク質が存在することが明らかになってきた。本研究では、膜タンパク質でも機能・構造を持つ人工膜タンパク質を持つ分子が存在すること示した。具体的には、2 nmのポアを持つ人工膜タンパク質を設計し、その機能を人工細胞リアクターを用いて明らかにし...

【キーワード】生体分子モーター / １分子生物学 / 化学力学フィードバック / 筋収縮自励振動 / SPOC (他21件)

【概要】本研究の第一の目標は、輸送・振動・分裂などの生物要素運動に必要な分子モーターや細胞骨格動態などが生み出す力が、要素運動の制御にフィードバックするという化学力学フィードバックループ（CMFループ）の存在を明らかにすることであった。その点、筋収縮自励振動（SPOC）現象における「ミオシンクロスブリッジ（CB）による力発生、筋フィラメントの滑り運動、フィラメント格子間隔の変化、CB形成確率の変化」という...

【総合生物】生体医工学・生体材料学：興奮電位／生物物理を含む研究件

❏マルチカラーイメージング手法を用いた神経細胞内Ｍｇイオンダイナミクスの包括的理解(24240045)

【キーワード】生体生命情報学 / シグナル伝達 / 再生医学 / 生物物理 / 神経科学 (他22件)

【概要】(1)細胞内の特定器官に局在する新規Mgプローブを開発し、ミトコンドリアから細胞質に放出されるMgイオン動態を解析した。(2)一酸化窒素刺激（NO）に伴う細胞内Mgイオン濃度の上昇が、NO/cGMP/KMGシグナル伝達に伴うミトコンドリアからのMgイオン流出によるものであることを示した。(3)パーキンソン病と細胞内Mgとの関係について明らかにすることを目指し、PC12細胞をパーキンソン病様に細胞死...

【総合生物】神経科学：1分子／生物物理を含む研究件

【概要】細胞内の物質輸送や細胞分裂を担うモータータンパク質であるキネシン、ミオシンV、ダイニンは一定の歩幅で長距離を解離することなく、前進運動や後退運動を行う。これら三種類のモータータンパク質の１分子の運動特性を統一的に記述するために運動を単純化して、2つの状態を遷移する数理モデルを提案し、このモデルによって本研究や過去の実験結果をうまく説明することができた。また、筋肉由来のミオシン多分子による力発生を...

【総合生物】神経科学：超解像顕微鏡／生物物理を含む研究件

❏動態・局在ナノ相関法開拓：超解像１分子同時イメージングによる転写制御の相分離解明(19H03192)

【キーワード】生物物理 / バイオイメージング / 超解像顕微鏡 / １分子イメージング / 生体分子計測 (他14件)

【概要】超解像顕微鏡法と１分子イメージングの同時観察から得られる分子局在・分子動態・分子間相互作用の定量データ群を、統合的に関連付ける新しい方法を開拓した。生細胞で、超解像イメージングと１分子蛍光イメージングとを同時観察できる蛍光顕微鏡を、従来開発技術を改良し高精度化した。１分子イメージング動態解析、超解像解析ともに、従来法の改良に加え、種々の定量法を導入し、多種の定量データを取得可能にした。ナノ局在・１...

【キーワード】１分子イメージング / バイオイメージング / 細胞機能と構造 / 超解像顕微鏡 / 生体分子計測 (他8件)

【概要】光学顕微鏡における生細胞蛍光１分子超解像顕微鏡法を超解像法へと発展させ、生細胞分子動態を定量し、分子機構を解明することを目的として、次の３項目を行った。１．超解像１分子顕微鏡システムの改良。照明光の均質化、結像系の最適化、画像の位置ずれ抑制を中心に、高解像度化を行った。２．超解像多色同期１分子イメージング解析法の改良。超解像分子動態・相互作用解析における多色同期画像を用いた高精度解析において、多色...

【総合生物】神経科学：4Dイメージング／生物物理を含む研究件

【キーワード】着床前胚 / 4Dイメージング / 力学モデル / 系譜解析 / トラッキング (他21件)

【概要】本研究では、哺乳類着床前胚の発生系譜を定量的に解析する手法の構築を目指し、画像解析技術・統計解析技術・シミュレーション技術の構築を行った。画像解析では、胚内の細胞を同定する手法を改良し、最終的にはそこから得られたデータを用いた深層画像解析法の提案を行った。系譜統計解析では、細胞の分裂待ち時間などから細胞の潜在情報を推定する手法を提案した。そして、胚内の細胞における力学的相互作用と発生プロセスの再...

【総合生物】神経科学：筋肉生理学／生物物理を含む研究件

【概要】1）ラット幼若心筋細胞のZ線にα-actinin-YC-Nano140を発現させ、細胞内局所のCa濃度とサルコメア長の同時計測を行った。2）マウス摘出心臓において、心筋細胞内局所のCa動態を計測する技術を開発した。3）マウスin vivo心臓から心筋細胞内のサルコメアの動きを高空間（20 nm）・時間（10 ms）分解能で捉えることのできるシステムを開発し、サルコメア動態とマクロパラメータ（心電図...

【概要】1）ラット培養幼若心筋細胞のZ線にAcGFPを発現させ、収縮の最小単位であるサルコメアの長さ変化を細胞内Ca濃度変化と同時にnm精度で解析できるシステムの構築に成功した。2）ラット培養幼若心筋細胞において、約38℃以上の条件下、高速（~10 Hz）のサルコメア振動（HSOs）が生じることを見出した。3）マウスin vivo心臓において、心筋細胞内ナノ分子情報を抽出できる新たな顕微システムを構築し、...

【総合生物】神経科学：1分子イメージング・ナノ計測／生物物理を含む研究件

【概要】1）ラット培養幼若心筋細胞のZ線にAcGFPを発現させ、収縮の最小単位であるサルコメアの長さ変化を細胞内Ca濃度変化と同時にnm精度で解析できるシステムの構築に成功した。2）ラット培養幼若心筋細胞において、約38℃以上の条件下、高速（~10 Hz）のサルコメア振動（HSOs）が生じることを見出した。3）マウスin vivo心臓において、心筋細胞内ナノ分子情報を抽出できる新たな顕微システムを構築し、...

【総合生物】神経科学：リボソーム／生物物理を含む研究件

【キーワード】膜タンパク質 / リポソーム / 進化分子工学 / 人工細胞 / 無細胞タンパク質合成系 (他12件)

【概要】自然界が進化によって探索した配列空間はほんの一部である。合理的デザインにより、現在までに可溶性タンパク質については、未開拓配列空間に多くの構造・機能を持つ人工タンパク質が存在することが明らかになってきた。本研究では、膜タンパク質でも機能・構造を持つ人工膜タンパク質を持つ分子が存在すること示した。具体的には、2 nmのポアを持つ人工膜タンパク質を設計し、その機能を人工細胞リアクターを用いて明らかにし...

【総合生物】神経科学：生物・生体工学／生物物理を含む研究件

【キーワード】メカノバイオロジー / メカニカルストレス / 可視化 / 音響波 / 生物物理 (他11件)

【概要】本研究では，HzからkHz（1000分の1秒に相当）の力学刺激を細胞へと負荷するための実験システム，およびMHz（100万分の1秒に相当）からサブGHz（10憶分の1秒に相当）の力学刺激を細胞へと負荷するための実験システムの開発を行いました．それぞれのシステムにおいて，細胞応答として細胞内カルシウムイオン濃度を計測することが可能です．開発したシステムにより細胞を刺激し，カルシウムイオン濃度の変化を...

【研究代表者】藤原寛太郎東京大学, ニューロインテリジェンス国際研究機構, 特任准教授 (00557704)

【概要】神経スパイク時系列に対する様々な統計解析手法の提案・検討を行った。その結果、これまでの統計解析手法では適用が難しいとされてきたような長時間相関を有する時系列データや、極めて定常な時系列データに対して我々の開発した統計解析手法が有効であることを示された。さらに、神経スパイク時系列の複雑性としてデータの周期性やカオス性などの様々な尺度から時系列を評価し、それらの尺度と神経数理モデルとの関係性を調査した...

❏心筋収縮構造の再構築によるスターリングの心臓法則の分子メカニズムの解明(20500368)

【研究期間】2008 - 2010

【キーワード】生理学 / 生物物理 / 細胞・組織 / 生物・生体工学 / 生体分子

【概要】スターリングの心臓法則は、心筋サルコメアの発生張力が伸展によって増大するという「筋長効果」に基づいている。本研究において申請者らは、筋長効果の程度が細いフィラメントの協同性と逆相関していることを見出した。また、実験的に得られた結果を、Ca^<2+>依存性の細いフィラメントのON-OFFスイッチ機構と格子間隔を組み入れたモデルによって、定量的にシミュレートすることに成功した。これらの結果...

【総合生物】神経科学：生物物理一般／生物物理を含む研究件

【概要】1）ラット培養幼若心筋細胞のZ線にAcGFPを発現させ、収縮の最小単位であるサルコメアの長さ変化を細胞内Ca濃度変化と同時にnm精度で解析できるシステムの構築に成功した。2）ラット培養幼若心筋細胞において、約38℃以上の条件下、高速（~10 Hz）のサルコメア振動（HSOs）が生じることを見出した。3）マウスin vivo心臓において、心筋細胞内ナノ分子情報を抽出できる新たな顕微システムを構築し、...

【総合生物】神経科学：生物物理学／生物物理を含む研究件

【概要】細胞内には局所温度の分布がある。しかし、現状では、温度計測の空間分解能は光の回折限界の～500 nmに留まっている。この限界を打開するため、細胞内の生体分子のラマン散乱光（アンチストークス光とストークス光）を測定することにより、生体分子の温度を計測することを目指した。低周波顕微ラマン分光システムの性能を確かめるため、Acetonitrileを顕微ラマン分光した。Stokes/Anti-stokes...

【キーワード】揺らぎ / 統計力学 / 3D-RISM理論 / 生物物理学 / 分子動力学シミュレーション (他8件)

【概要】2013年にKimとHirataらによって提案された溶液中における分子の揺らぎの特徴を予測可能な新しい理論の解を得るための計算手法を2種類開発し、実装した。そして、本手法をアラニンジペプチド、メチオニンエンケファリンの2種類の分子の揺らぎの解析へ応用した。２つの手法は1つの構造周囲の小さな揺らぎを再現するものと、長時間のシミュレーションに対応するような大きな揺らぎを解析するためのものである。得られ...

【キーワード】生物物理学 / バイオインフォ―マティクス / 計算化学 / タンパク質の立体構造 / 基準振動解析 (他16件)

【概要】タンパク質の動的構造を理解するために基準振動解析計算を行い、低周波数の基準振動モードそれぞれについて、隣接し、大きな正の相関をもって動くアミノ酸残基対を結合して分子内動的構造ネットワークを定義した。そしてそれらネットワークの特性からタンパク質の動的構造を特徴づけることを考えた。酵素、アロステリックタンパク質、多量体などに応用し、ネットワーク解析で使われる中心性指標の一つbetweennessがタン...

【総合生物】神経科学：分子・細胞生理学／生物物理を含む研究件

【概要】1）ラット培養幼若心筋細胞のZ線にAcGFPを発現させ、収縮の最小単位であるサルコメアの長さ変化を細胞内Ca濃度変化と同時にnm精度で解析できるシステムの構築に成功した。2）ラット培養幼若心筋細胞において、約38℃以上の条件下、高速（~10 Hz）のサルコメア振動（HSOs）が生じることを見出した。3）マウスin vivo心臓において、心筋細胞内ナノ分子情報を抽出できる新たな顕微システムを構築し、...

【総合生物】神経科学：セルソーター／生物物理を含む研究件

❏マイクロ・ナノシステムを用いた生体分子の1分子機能解析と分子間相互作用解析(17201031)

【研究期間】2005 - 2008

【キーワード】1分子計測 / 生物物理 / ナノバイオ / マイクロ・ナノデバイス / μTAS (他6件)

【概要】微小流路をチップ上に作製し、蛍光標識した生体試料を蛍光顕微鏡にて高感度に検出し、温度感受性ハイドロゲルをレーザー局所加熱にて制御し、生体試料溶液を高精度に流し分ける技術の開発を行った。その結果、1個の量子ドットに結合した生体分子を高感度に検出し、3msの時間分解能で分離することに成功した。また、石英ガラス基板に金属薄膜を約100nm蒸着し、これに100nmの開口を開けてエバネッセント場を発生させた...

【総合生物】神経科学：医用物理学／生物物理を含む研究件

【概要】1）ラット培養幼若心筋細胞のZ線にAcGFPを発現させ、収縮の最小単位であるサルコメアの長さ変化を細胞内Ca濃度変化と同時にnm精度で解析できるシステムの構築に成功した。2）ラット培養幼若心筋細胞において、約38℃以上の条件下、高速（~10 Hz）のサルコメア振動（HSOs）が生じることを見出した。3）マウスin vivo心臓において、心筋細胞内ナノ分子情報を抽出できる新たな顕微システムを構築し、...

【総合生物】神経科学：ナノバイオシステム／生物物理を含む研究件

【概要】1）ラット培養幼若心筋細胞のZ線にAcGFPを発現させ、収縮の最小単位であるサルコメアの長さ変化を細胞内Ca濃度変化と同時にnm精度で解析できるシステムの構築に成功した。2）ラット培養幼若心筋細胞において、約38℃以上の条件下、高速（~10 Hz）のサルコメア振動（HSOs）が生じることを見出した。3）マウスin vivo心臓において、心筋細胞内ナノ分子情報を抽出できる新たな顕微システムを構築し、...

【総合生物】神経科学：可視化技術／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物シミュレーション / 神経科学 / 生物物理 / 可視化技術 / 確率シミュレーション (他12件)

【概要】神経および分泌性細胞において、細胞内から特定の物質を分泌する開口放出メカニズムについては広く研究が進められているが、定量的に理解するためのモデルは必ずしも十分に整備されていない。本研究では、(1)開口放出メカニズムを解析するための新規なイメージング技術の開発と、(2)定量的な理解を行うためのモデルの構築を行った。(1)では、開口放出をトリガーする細胞内カルシウム濃度変化と開口放出を定量的にイメージ...

【総合生物】神経科学：モデル化とシミュレーション／生物物理を含む研究件

【キーワード】着床前胚 / 4Dイメージング / 力学モデル / 系譜解析 / トラッキング (他21件)

【概要】本研究では、哺乳類着床前胚の発生系譜を定量的に解析する手法の構築を目指し、画像解析技術・統計解析技術・シミュレーション技術の構築を行った。画像解析では、胚内の細胞を同定する手法を改良し、最終的にはそこから得られたデータを用いた深層画像解析法の提案を行った。系譜統計解析では、細胞の分裂待ち時間などから細胞の潜在情報を推定する手法を提案した。そして、胚内の細胞における力学的相互作用と発生プロセスの再...

【農学】農業工学：細胞モデル／生物物理を含む研究件

【概要】細胞中では、ブラウン運動とは異なる異常拡散が生じる。本研究では、高濃度高分子溶液を脂質膜で閉じ込めた細胞サイズの液滴により細胞の構造を再現し、蛍光相関分光法を用いた拡散挙動の解析から、構造的な特徴が分子拡散へ及ぼす影響の解明を目指した。その結果、異常拡散性は、高分子がつくる混雑環境にのみ依存して液滴半径には依存しなかった。一方、拡散係数は液滴半径が約20um以下で低下すること、その低下度は液滴を覆...

【キーワード】細胞モデル / 界面張力 / 細胞接着 / 細胞組織モデル / 自己組織化 (他12件)

【概要】生物を形作る細胞は、機能に適した形態と内部構造を備えている。我々は、この細胞形状と構造の制御機構を明らかにするために、細胞組織における細胞の空間配置と細胞間接着力に着目し、それらの相関関係を、複数の細胞サイズ液滴からなる細胞組織モデルを用いて調べた。細胞の空間配置が関与しない二細胞モデルでは、細胞間接着力が細胞表面の界面張力と、細胞膜と細胞内の高分子との相互作用によって決定されることが示された。一...

【農学】農芸化学：エネルギー変換／生物物理を含む研究件

【キーワード】イオンポンプ / 膜蛋白質 / 結晶解析 / エネルギー変換 / 構造生物学 (他7件)

【概要】本研究は、イオン能動輸送機構の完全な理解を第一の目標とし、特に、既に10の中間状態の構造決定に成功しているCa2+ポンプを対象に、イオンポンプは「どうしてそういう構造をとる必要があるのか」を追求した。イオン通路のゲート残基の変異体の結晶構造からプロトンの対向輸送の意義を解明し、Ca2+非存在下でATPを結合した状態の結晶から、ATPのみで起こる構造変化を明らかにした。さらに、4状態のCa2+ポンプ...

【農学】農芸化学：脱炭酸酵素／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理 / ナノマシン / 表面・界面物性 / 放射線・X線・粒子線 / 生体分子 (他13件)

【概要】蛋白質結晶周辺の湿度を変化させ、結晶内のバルク水量を非破壊・可逆的に制御可能な装置の開発を進め、湿潤空気流量300~450ml/minで相対湿度20~96%rhの範囲で実験を行うことが可能な装置とその実験手順を確立し各種蛋白質結晶に適用した。サブゼロ温度領域で蛋白質のダイナミクスを探る実験、種々の蛋白質結晶についての構造解析、分子動力学計算を通じた蛋白質の運動と水和構造変化の相関解析も実施した。...

【農学】農芸化学：パッチクランプ法／生物物理を含む研究件

❏鋭敏な聴覚の源であるモーター蛋白質プレスチンの精製とそれを用いた構造と機能の解明(18390455)

【キーワード】耳科学 / 蛋白質 / 分子モータ / Prestin / 原子間力顕微鏡 (他14件)

【概要】Prestinは哺乳類内耳外有毛細胞の細胞膜に高密度に発現している膜タンパク質である.細胞膜電位が変化すると,prestinは細胞内の陰イオンを輸送し,それに伴い構造変化すると考えられている.そして,その構造変化は外有毛細胞の伸縮運動を引き起こすと推察されている.Prestinについてその同定以来様々な研究が行われてきたが,prestinの形状や構造変化メカニズムは解明されていない.そこで本研究で...

【農学】生産環境農学：輸送／生物物理を含む研究件

❏分子シミュレーションによるABCトランスポーターの「ジャンケン」メカニズムの解明(25870220)

【キーワード】ABCトランスポーター / ATP / 基質 / 輸送 / カップリングヘリックス (他9件)

【概要】ATP-binding cassette (ABC)トランスポーターは、ATPの結合・加水分解・解離のエネルギーを用いて細胞膜を介して様々な基質を輸送する膜内在性タンパク質の大きなスーパーファミリーの一つである。本研究では、細菌のABCトランスポーターMsbA, TM287/288を対象としてカップリングヘリックス(CHs)の役割やATP結合の影響に着目した分子シミュレーションによる解析を行った。...

【農学】生産環境農学：分子機械／生物物理を含む研究件

❏タンパク質の翻訳と熟成を担う生体分子機械の1分子機能解析(21370065)

【キーワード】1分子計測 / ナノバイオ / 分子機械 / 生物物理 / 分子計測 (他6件)

【概要】1分子のリボソームとmRNAからなる翻訳の初期過程にある複合体の破断力を光ピンセットにより測定した。その結果、IF2は最終的に形成される70S翻訳開始複合体を安定化することで、効率的な翻訳開始に寄与していることが明らかになった。次に、シャペロニン反応サイクルを解析した。GroELは2つのリングを交互に利用しながら反応サイクルを進行させていると考えられていた。しかし、高濃度の変性タンパク質が存在する...

【農学】境界農学：進化分子工学／生物物理を含む研究件

【キーワード】膜タンパク質 / リポソーム / 進化分子工学 / 人工細胞 / 無細胞タンパク質合成系 (他12件)

【概要】自然界が進化によって探索した配列空間はほんの一部である。合理的デザインにより、現在までに可溶性タンパク質については、未開拓配列空間に多くの構造・機能を持つ人工タンパク質が存在することが明らかになってきた。本研究では、膜タンパク質でも機能・構造を持つ人工膜タンパク質を持つ分子が存在すること示した。具体的には、2 nmのポアを持つ人工膜タンパク質を設計し、その機能を人工細胞リアクターを用いて明らかにし...

【農学】社会経済農学：集団／生物物理を含む研究件

【キーワード】大規模システム / 真社会性昆虫 / 集団 / 意思決定 / Non-linear Markov (他21件)

【概要】集団は個人の集合体なので、個人の意思決定の結果に応じて、集団の挙動が変化する。しかし、個人の意思決定は、集団の動向によって変化することが考えられる。このような場合には、個人の意思決定と集団の行動が複雑に絡み合い、意思決定が難しい。本研究は、株式市場、共同で巣を運営する真社会性昆虫、インターネット上での巨大サービス提供会社と需要を具体的な題材として、このようなインタラクションの理論的な枠組みとその実...

【農学】動物生命科学：ミオシン／生物物理を含む研究件

【概要】細胞内の物質輸送や細胞分裂を担うモータータンパク質であるキネシン、ミオシンV、ダイニンは一定の歩幅で長距離を解離することなく、前進運動や後退運動を行う。これら三種類のモータータンパク質の１分子の運動特性を統一的に記述するために運動を単純化して、2つの状態を遷移する数理モデルを提案し、このモデルによって本研究や過去の実験結果をうまく説明することができた。また、筋肉由来のミオシン多分子による力発生を...

【概要】生体内環境に近い多分子が共存するフィラメント上における、骨格筋ミオシン1分子の力学特性を捉える事を試みた。ミオシン1分子のスティフネスを計測し、ミオシンの硬さには異方性があることを示した。力を出す方向に引っ張ると硬くなって力を出し易く、反対方向に押すと紐のように柔らかくなり、反発力を軽減する機構があることがわかった。この計測から、筋肉の中で力を出し終えたミオシンが、他の分子の力発生の妨げになること...

【研究代表者】上田太郎独立行政法人産業技術総合研究所, セルエンジニアリング研究部門, 部門付き (90356551)

【概要】アクチンミオシン系の力発生において、アクチンフィラメントは線路として機能する一方、その協同的構造変化も何らかの重要な機能を果たすと考えられている。一般に協同的構造変化の機能の解明には、優性変異の解析が有力な研究手段となる。そこでAn and Mogami (1996) が同定した10 個の優性変異アクチンについて、われわれ独自のアクチン発現系を用いて6変異の精製に成功し機能解析を行った。その結果、...

【農学】森林圏科学：酵母／生物物理を含む研究件

【研究代表者】上田太郎独立行政法人産業技術総合研究所, セルエンジニアリング研究部門, 部門付き (90356551)

【概要】アクチンミオシン系の力発生において、アクチンフィラメントは線路として機能する一方、その協同的構造変化も何らかの重要な機能を果たすと考えられている。一般に協同的構造変化の機能の解明には、優性変異の解析が有力な研究手段となる。そこでAn and Mogami (1996) が同定した10 個の優性変異アクチンについて、われわれ独自のアクチン発現系を用いて6変異の精製に成功し機能解析を行った。その結果、...

【農学】水圏応用科学：カロテノイド／生物物理を含む研究件

【概要】植物や藻類の行う光合成では，蛋白質に埋め込まれた色素が光のエネルギーを集め，そのエネルギーを効率よく伝達している．そのエネルギーは電子移動やプロトン移動を引き起こすことに使われ，水の分解・酸素発生反応を実現している．反応のしくみを明らかにするためには，実験的にだけでなく，理論的に（計算機を用いるなどして計算することによって）アプローチすることも不可欠である．本研究では，実験結果をうまく説明できる理...

【医歯薬学】基礎医学：遺伝子回路／生物物理を含む研究件

【キーワード】遺伝子回路 / 確率システム / システム同定 / 凸最適化 / マイクロ流路 (他8件)

【概要】本研究では，微生物の細胞内で動作する人工的な反応系（遺伝子回路）のダイナミクスをシステム工学的なアプローチで数理モデル化するために必要な理論，およびモデル化に必要なデータを取得するためのマイクロ流路実験系の構築を行った．特に，生化学反応システムの数理モデルが計測データの少なさや反応ダイナミクスの確率ゆらぎなどの影響により大きな「不確かさ」を有することに着目し，不確かさを定量的に扱うためのパラメタ...

【医歯薬学】基礎医学：蛍光相関分光法／生物物理を含む研究件

【概要】細胞中では、ブラウン運動とは異なる異常拡散が生じる。本研究では、高濃度高分子溶液を脂質膜で閉じ込めた細胞サイズの液滴により細胞の構造を再現し、蛍光相関分光法を用いた拡散挙動の解析から、構造的な特徴が分子拡散へ及ぼす影響の解明を目指した。その結果、異常拡散性は、高分子がつくる混雑環境にのみ依存して液滴半径には依存しなかった。一方、拡散係数は液滴半径が約20um以下で低下すること、その低下度は液滴を覆...

【医歯薬学】基礎医学：分子モーター／生物物理を含む研究件

【概要】細胞内の物質輸送や細胞分裂を担うモータータンパク質であるキネシン、ミオシンV、ダイニンは一定の歩幅で長距離を解離することなく、前進運動や後退運動を行う。これら三種類のモータータンパク質の１分子の運動特性を統一的に記述するために運動を単純化して、2つの状態を遷移する数理モデルを提案し、このモデルによって本研究や過去の実験結果をうまく説明することができた。また、筋肉由来のミオシン多分子による力発生を...

【概要】分子モーターキネシンやダイニンによるオルガネラ輸送は医療や美容と関連が深い。例えばアルツハイマー病などの神経疾患では軸索輸送障害が問題となるし日焼けの原因となるメラニン色素の顆粒輸送もキネシンやダイニンが担う。非平衡統計力学は輸送を扱う学問であるが、非平衡統計力学の恒等式をこのような輸送に応用した。これらの輸送は非平衡確率過程とみなせるからである。具体的にはシナプス小胞前駆体輸送とメラニン色素顆粒...

【概要】ミクロな分子運動からマクロな天体運動まで、自然の各階層における多体系の集団運動を統一的に理解することは、現代科学の重要な課題である。本研究では、非線形力学、統計力学、微分幾何学の手法を駆使してこの課題に取り組んだ。その結果、ミクロな分子運動の階層においては、回転型分子モーターの運動機構やDNAの高次らせん形成に関する新たな幾何学的モデルを提案することができた。また、原子集合体の解離運動を駆動する集...

【医歯薬学】基礎医学：Prestin ／生物物理を含む研究件

❏鋭敏な聴覚の源であるモーター蛋白質プレスチンの精製とそれを用いた構造と機能の解明(18390455)

【キーワード】耳科学 / 蛋白質 / 分子モータ / Prestin / 原子間力顕微鏡 (他14件)

【概要】Prestinは哺乳類内耳外有毛細胞の細胞膜に高密度に発現している膜タンパク質である.細胞膜電位が変化すると,prestinは細胞内の陰イオンを輸送し,それに伴い構造変化すると考えられている.そして,その構造変化は外有毛細胞の伸縮運動を引き起こすと推察されている.Prestinについてその同定以来様々な研究が行われてきたが,prestinの形状や構造変化メカニズムは解明されていない.そこで本研究で...

【医歯薬学】基礎医学：等温滴定カロリメトリー／生物物理を含む研究件

❏鋭敏な聴覚の源であるモーター蛋白質プレスチンの精製とそれを用いた構造と機能の解明(18390455)

【キーワード】耳科学 / 蛋白質 / 分子モータ / Prestin / 原子間力顕微鏡 (他14件)

【概要】Prestinは哺乳類内耳外有毛細胞の細胞膜に高密度に発現している膜タンパク質である.細胞膜電位が変化すると,prestinは細胞内の陰イオンを輸送し,それに伴い構造変化すると考えられている.そして,その構造変化は外有毛細胞の伸縮運動を引き起こすと推察されている.Prestinについてその同定以来様々な研究が行われてきたが,prestinの形状や構造変化メカニズムは解明されていない.そこで本研究で...

【医歯薬学】基礎医学：等温滴定型カロリメトリー／生物物理を含む研究件

❏鋭敏な聴覚の源であるモーター蛋白質プレスチンの精製とそれを用いた構造と機能の解明(18390455)

【キーワード】耳科学 / 蛋白質 / 分子モータ / Prestin / 原子間力顕微鏡 (他14件)

【概要】Prestinは哺乳類内耳外有毛細胞の細胞膜に高密度に発現している膜タンパク質である.細胞膜電位が変化すると,prestinは細胞内の陰イオンを輸送し,それに伴い構造変化すると考えられている.そして,その構造変化は外有毛細胞の伸縮運動を引き起こすと推察されている.Prestinについてその同定以来様々な研究が行われてきたが,prestinの形状や構造変化メカニズムは解明されていない.そこで本研究で...

【医歯薬学】基礎医学：細胞内カルシウムイオン／生物物理を含む研究件

❏マルチカラーイメージング手法を用いた神経細胞内Ｍｇイオンダイナミクスの包括的理解(24240045)

【キーワード】生体生命情報学 / シグナル伝達 / 再生医学 / 生物物理 / 神経科学 (他22件)

【概要】(1)細胞内の特定器官に局在する新規Mgプローブを開発し、ミトコンドリアから細胞質に放出されるMgイオン動態を解析した。(2)一酸化窒素刺激（NO）に伴う細胞内Mgイオン濃度の上昇が、NO/cGMP/KMGシグナル伝達に伴うミトコンドリアからのMgイオン流出によるものであることを示した。(3)パーキンソン病と細胞内Mgとの関係について明らかにすることを目指し、PC12細胞をパーキンソン病様に細胞死...

【医歯薬学】基礎医学：構造・機能相関／生物物理を含む研究件

❏分子シミュレーションによるABCトランスポーターの「ジャンケン」メカニズムの解明(25870220)

【キーワード】ABCトランスポーター / ATP / 基質 / 輸送 / カップリングヘリックス (他9件)

【概要】ATP-binding cassette (ABC)トランスポーターは、ATPの結合・加水分解・解離のエネルギーを用いて細胞膜を介して様々な基質を輸送する膜内在性タンパク質の大きなスーパーファミリーの一つである。本研究では、細菌のABCトランスポーターMsbA, TM287/288を対象としてカップリングヘリックス(CHs)の役割やATP結合の影響に着目した分子シミュレーションによる解析を行った。...

【医歯薬学】基礎医学：興奮収縮連関／生物物理を含む研究件

【概要】1）ラット幼若心筋細胞のZ線にα-actinin-YC-Nano140を発現させ、細胞内局所のCa濃度とサルコメア長の同時計測を行った。2）マウス摘出心臓において、心筋細胞内局所のCa動態を計測する技術を開発した。3）マウスin vivo心臓から心筋細胞内のサルコメアの動きを高空間（20 nm）・時間（10 ms）分解能で捉えることのできるシステムを開発し、サルコメア動態とマクロパラメータ（心電図...

【医歯薬学】基礎医学：イオンポンプ (イオントランスポーター) ／生物物理を含む研究件

【キーワード】イオンポンプ / 膜蛋白質 / 結晶解析 / エネルギー変換 / 構造生物学 (他7件)

【概要】本研究は、イオン能動輸送機構の完全な理解を第一の目標とし、特に、既に10の中間状態の構造決定に成功しているCa2+ポンプを対象に、イオンポンプは「どうしてそういう構造をとる必要があるのか」を追求した。イオン通路のゲート残基の変異体の結晶構造からプロトンの対向輸送の意義を解明し、Ca2+非存在下でATPを結合した状態の結晶から、ATPのみで起こる構造変化を明らかにした。さらに、4状態のCa2+ポンプ...

【医歯薬学】内科系臨床医学：精製／生物物理を含む研究件

❏鋭敏な聴覚の源であるモーター蛋白質プレスチンの精製とそれを用いた構造と機能の解明(18390455)

【キーワード】耳科学 / 蛋白質 / 分子モータ / Prestin / 原子間力顕微鏡 (他14件)

【概要】Prestinは哺乳類内耳外有毛細胞の細胞膜に高密度に発現している膜タンパク質である.細胞膜電位が変化すると,prestinは細胞内の陰イオンを輸送し,それに伴い構造変化すると考えられている.そして,その構造変化は外有毛細胞の伸縮運動を引き起こすと推察されている.Prestinについてその同定以来様々な研究が行われてきたが,prestinの形状や構造変化メカニズムは解明されていない.そこで本研究で...

【医歯薬学】内科系臨床医学：多量体／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理学 / バイオインフォ―マティクス / 計算化学 / タンパク質の立体構造 / 基準振動解析 (他16件)

【概要】タンパク質の動的構造を理解するために基準振動解析計算を行い、低周波数の基準振動モードそれぞれについて、隣接し、大きな正の相関をもって動くアミノ酸残基対を結合して分子内動的構造ネットワークを定義した。そしてそれらネットワークの特性からタンパク質の動的構造を特徴づけることを考えた。酵素、アロステリックタンパク質、多量体などに応用し、ネットワーク解析で使われる中心性指標の一つbetweennessがタン...

【医歯薬学】内科系臨床医学：分子心臓学／生物物理を含む研究件

【概要】1）ラット培養幼若心筋細胞のZ線にAcGFPを発現させ、収縮の最小単位であるサルコメアの長さ変化を細胞内Ca濃度変化と同時にnm精度で解析できるシステムの構築に成功した。2）ラット培養幼若心筋細胞において、約38℃以上の条件下、高速（~10 Hz）のサルコメア振動（HSOs）が生じることを見出した。3）マウスin vivo心臓において、心筋細胞内ナノ分子情報を抽出できる新たな顕微システムを構築し、...

【医歯薬学】内科系臨床医学：サルコメア／生物物理を含む研究件

❏マウス骨格筋内分子ナノイメージングによる生命機能と階層性の関わりの解明(24540430)

【研究代表者】茅元司東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (00422098)

【キーワード】筋肉 / サルコメア / in vivoイメージング / 生物物理

【概要】筋肉は，ミオシンがアクチンに相互作用し，アクチンを筋肉の中心方向に引っ張ることで収縮している．近年のタンパク質１分子計測から，ミオシン１分子の特性（力の大きさ，移動量）が解明されてきたが，こうした分子が集まった筋肉内構造サルコメアにおいて，ミオシンが集合したときにどのように機能しているのかは未だに不明である．１分子の機能の単純和であるのか，あるいは機能が飛躍するのか知るために，マウス骨格筋サルコメ...

【医歯薬学】内科系臨床医学：脂質二重膜／生物物理を含む研究件

【キーワード】核磁気共鳴法 / シグナル伝達 / 膜タンパク質 / Gタンパク質共役型受容体 / 脂質二重膜 (他10件)

【概要】Gタンパク質共役型受容体（GPCR）は、様々な細胞外からの刺激に応答する膜タンパク質であり、感覚受容・神経伝達など、様々な生理機能に関与している。本研究では、タンパク質の動的な性質を原子レベルで観測可能な核磁気共鳴（NMR）法を用いて、GPCRの一種であるβ2アドレナリン受容体およびアデノシンA2A受容体の解析をおこなった。これにより、β2アドレナリン受容体が化合物依存的に、多様なシグナルを細胞内...

【医歯薬学】内科系臨床医学：概日時計／生物物理を含む研究件

【概要】本研究課題では，非定常状態における遺伝子発現系を非平衡統計力学理論に基づいて統計解析することを目的としていた．非平衡理論に基づいた解析手法を開発することで，外部からの変動のある系，振動現象を生じる系，外在ゆらぎの影響を受ける系などの遺伝子発現系の解析を行った．振動現象の解析では，ゆらぎに対するロバスト性と外部信号に対する感度の両方を両立する条件を探り，現存の体内時計が満たしていることを明らかにした...

【医歯薬学】外科系臨床医学：マイクロデバイス／生物物理を含む研究件

【概要】本研究は、振動性の細胞である真正粘菌変形体細胞で構築した結合振動子系に見られる時空間パターンの遷移現象のダイナミクス解析を目的としている。平成17年度では、これまでに研究代表者らが見出した遷移現象について、各相互作用強度毎に現れる振動パターンとその頻度、遷移規則を詳細に調べた。その結果、出現パターンの出現頻度には相互作用強度依存性があり、それに伴いパターン間の遷移確率も変化することがわかった。 ...

【医歯薬学】外科系臨床医学：開口放出／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物シミュレーション / 神経科学 / 生物物理 / 可視化技術 / 確率シミュレーション (他12件)

【概要】神経および分泌性細胞において、細胞内から特定の物質を分泌する開口放出メカニズムについては広く研究が進められているが、定量的に理解するためのモデルは必ずしも十分に整備されていない。本研究では、(1)開口放出メカニズムを解析するための新規なイメージング技術の開発と、(2)定量的な理解を行うためのモデルの構築を行った。(1)では、開口放出をトリガーする細胞内カルシウム濃度変化と開口放出を定量的にイメージ...

【医歯薬学】外科系臨床医学：細胞運動／生物物理を含む研究件

❏軸糸周辺微小管間架橋構造蛋白質の機能解析(20770119)

【研究代表者】柳澤春明東京大学, 大学院・理学系研究科 (70466803)

【キーワード】細胞運動 / 鞭毛・繊毛 / 生体分子 / 生物物理

【概要】真核生物の繊毛・鞭毛軸糸の周辺微小管は,ネキシンリンクと呼ばれる伸縮性を持つ構造によって架橋されている.この構造は,軸糸構造の保持と周辺微小管間に生じる滑り運動を屈曲へと変換する上で重要であり,初期の電子顕微鏡観察で見いだされていたが,蛋白質としての実体は殆どわかっていなかった.本研究では,架橋構造が残る条件で抽出した軸糸残渣から候補蛋白質を複数クローニングし,局在および変異体の解析により架橋構造...

【概要】本研究は、精子運動を主な題材に、自動トラッキング装置を用いた高解像度・高速度な装置の開発を行うが目的である、具体的には、研究分担者の奥等が開発した高速のマイクロビジュアルフィードバックと顕微鏡を組み合わせた細胞トラッキング系を用い、研究代表者である吉田等が構築してきたLEDストロボ光源を用いた精子鞭毛運動解析装置及び高速度イメージング装置を統合し、長時間にわたって高速度・高解像度に細胞運動を解析す...

【医歯薬学】外科系臨床医学：心筋／生物物理を含む研究件

【概要】1）ラット幼若心筋細胞のZ線にα-actinin-YC-Nano140を発現させ、細胞内局所のCa濃度とサルコメア長の同時計測を行った。2）マウス摘出心臓において、心筋細胞内局所のCa動態を計測する技術を開発した。3）マウスin vivo心臓から心筋細胞内のサルコメアの動きを高空間（20 nm）・時間（10 ms）分解能で捉えることのできるシステムを開発し、サルコメア動態とマクロパラメータ（心電図...

【概要】1）ラット培養幼若心筋細胞のZ線にAcGFPを発現させ、収縮の最小単位であるサルコメアの長さ変化を細胞内Ca濃度変化と同時にnm精度で解析できるシステムの構築に成功した。2）ラット培養幼若心筋細胞において、約38℃以上の条件下、高速（~10 Hz）のサルコメア振動（HSOs）が生じることを見出した。3）マウスin vivo心臓において、心筋細胞内ナノ分子情報を抽出できる新たな顕微システムを構築し、...

【医歯薬学】外科系臨床医学：ナノマシン／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理 / ナノマシン / 表面・界面物性 / 放射線・X線・粒子線 / 生体分子 (他13件)

【概要】蛋白質結晶周辺の湿度を変化させ、結晶内のバルク水量を非破壊・可逆的に制御可能な装置の開発を進め、湿潤空気流量300~450ml/minで相対湿度20~96%rhの範囲で実験を行うことが可能な装置とその実験手順を確立し各種蛋白質結晶に適用した。サブゼロ温度領域で蛋白質のダイナミクスを探る実験、種々の蛋白質結晶についての構造解析、分子動力学計算を通じた蛋白質の運動と水和構造変化の相関解析も実施した。...

【医歯薬学】外科系臨床医学：酵素反応／生物物理を含む研究件

【キーワード】情報熱力学 / シグナル伝達 / 情報幾何 / 不確定性関係 / オンサーガ相反関係 (他15件)

【概要】本研究において、情報と熱力学の間の融合理論である情報熱力学を進展させ、シグナル伝達などの生体情報処理の基礎理論として発展させることができた。主に、情報処理を含んだ形での流れと力の関係であるオンサーガ相反関係の一般化や、因果推定の熱力学、また情報幾何と呼ばれる情報理論の微分幾何形式と熱力学の対応関係を構築することで、熱コストと速度の間のトレードオフ関係としての熱力学的な不確定性関係を導出することに成...

❏呼吸鎖複合体蛋白質における電子・プロトン移動の理論計算による解析(21770163)

【研究代表者】石北央京都大学, 生命科学系キャリアパス形成ユニット, 特定助教 (00508111)

【研究期間】2009 - 2010

【キーワード】光生物 / 蛋白質 / 酵素反応 / 電子移動反応 / 生体生命情報学 (他6件)

【概要】蛋白質の立体構造を用いた理論化学計算により、膜蛋白質や酵素における電子移動・プロトン移動反応を複数の蛋白質で行った。蛋白質中の全てのアミノ酸残基の効果を考慮して蛋白質活性部位の解離性アミノ酸残基のpKa値や酸化還元電位を計算しその結果を解析することにより、蛋白質中のプロトン結合サイト、酸化還元活性部位が蛋白質環境によっていかに巧妙に制御されているか、その仕組みを明らかにした。 ...

❏蛋白質内における光エネルギー変換反応の研究(20870010)

【研究代表者】石北央京大, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (00508111)

【キーワード】生物物理 / 蛋白質 / 酵素反応 / 生体生命情報学 / コンピューターシミュレーション (他6件)

【概要】光受容体蛋白質BLUF (blue light sensing using FAD, FAD : flavin adenine dinucleotide)の光反応機構を理論計算的手法で解析した。BLUFの蛋白質立体構造データに基づき、静電ポテンシャル計算によってBLUF活性部位であるflavin, Tyr-21及びTrp-104の酸化還元電位を計算し、BLUFの電子移動反応の駆動力を求めた。その結...

【医歯薬学】外科系臨床医学：ナノバイオ／生物物理を含む研究件

【概要】細胞内には局所温度の分布がある。しかし、現状では、温度計測の空間分解能は光の回折限界の～500 nmに留まっている。この限界を打開するため、細胞内の生体分子のラマン散乱光（アンチストークス光とストークス光）を測定することにより、生体分子の温度を計測することを目指した。低周波顕微ラマン分光システムの性能を確かめるため、Acetonitrileを顕微ラマン分光した。Stokes/Anti-stokes...

【概要】水分子O-H伸縮振動のラマンスペクトルは幅広いスペクトルとなり、大きく分けて２つのピークが観測されること、isosbestic pointが3419 cm-1にあることが知られている。高温になるほど低ラマンシフト側のピークが小さくなり、高ラマンシフト側のピークが大きくなるため、この性質を利用して温度を計測できた。また、C-C-N変角振動（458 cm-1）、ジフェニルジテレニドのTe-Te伸縮振動...

【概要】1）ラット幼若心筋細胞のZ線にα-actinin-YC-Nano140を発現させ、細胞内局所のCa濃度とサルコメア長の同時計測を行った。2）マウス摘出心臓において、心筋細胞内局所のCa動態を計測する技術を開発した。3）マウスin vivo心臓から心筋細胞内のサルコメアの動きを高空間（20 nm）・時間（10 ms）分解能で捉えることのできるシステムを開発し、サルコメア動態とマクロパラメータ（心電図...

【医歯薬学】外科系臨床医学：iPS細胞／生物物理を含む研究件

❏マルチカラーイメージング手法を用いた神経細胞内Ｍｇイオンダイナミクスの包括的理解(24240045)

【キーワード】生体生命情報学 / シグナル伝達 / 再生医学 / 生物物理 / 神経科学 (他22件)

【概要】(1)細胞内の特定器官に局在する新規Mgプローブを開発し、ミトコンドリアから細胞質に放出されるMgイオン動態を解析した。(2)一酸化窒素刺激（NO）に伴う細胞内Mgイオン濃度の上昇が、NO/cGMP/KMGシグナル伝達に伴うミトコンドリアからのMgイオン流出によるものであることを示した。(3)パーキンソン病と細胞内Mgとの関係について明らかにすることを目指し、PC12細胞をパーキンソン病様に細胞死...

【医歯薬学】外科系臨床医学：受精／生物物理を含む研究件

【概要】本研究は、精子運動を主な題材に、自動トラッキング装置を用いた高解像度・高速度な装置の開発を行うが目的である、具体的には、研究分担者の奥等が開発した高速のマイクロビジュアルフィードバックと顕微鏡を組み合わせた細胞トラッキング系を用い、研究代表者である吉田等が構築してきたLEDストロボ光源を用いた精子鞭毛運動解析装置及び高速度イメージング装置を統合し、長時間にわたって高速度・高解像度に細胞運動を解析す...

【医歯薬学】外科系臨床医学：Caイメージング／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物シミュレーション / 神経科学 / 生物物理 / 可視化技術 / 確率シミュレーション (他12件)

【概要】神経および分泌性細胞において、細胞内から特定の物質を分泌する開口放出メカニズムについては広く研究が進められているが、定量的に理解するためのモデルは必ずしも十分に整備されていない。本研究では、(1)開口放出メカニズムを解析するための新規なイメージング技術の開発と、(2)定量的な理解を行うためのモデルの構築を行った。(1)では、開口放出をトリガーする細胞内カルシウム濃度変化と開口放出を定量的にイメージ...

【医歯薬学】外科系臨床医学：耳科学／生物物理を含む研究件

❏鋭敏な聴覚の源であるモーター蛋白質プレスチンの精製とそれを用いた構造と機能の解明(18390455)

【キーワード】耳科学 / 蛋白質 / 分子モータ / Prestin / 原子間力顕微鏡 (他14件)

【概要】Prestinは哺乳類内耳外有毛細胞の細胞膜に高密度に発現している膜タンパク質である.細胞膜電位が変化すると,prestinは細胞内の陰イオンを輸送し,それに伴い構造変化すると考えられている.そして,その構造変化は外有毛細胞の伸縮運動を引き起こすと推察されている.Prestinについてその同定以来様々な研究が行われてきたが,prestinの形状や構造変化メカニズムは解明されていない.そこで本研究で...

【医歯薬学】社会医学：筋肉／生物物理を含む研究件

❏マウス骨格筋内分子ナノイメージングによる生命機能と階層性の関わりの解明(24540430)

【研究代表者】茅元司東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (00422098)

【キーワード】筋肉 / サルコメア / in vivoイメージング / 生物物理

【概要】筋肉は，ミオシンがアクチンに相互作用し，アクチンを筋肉の中心方向に引っ張ることで収縮している．近年のタンパク質１分子計測から，ミオシン１分子の特性（力の大きさ，移動量）が解明されてきたが，こうした分子が集まった筋肉内構造サルコメアにおいて，ミオシンが集合したときにどのように機能しているのかは未だに不明である．１分子の機能の単純和であるのか，あるいは機能が飛躍するのか知るために，マウス骨格筋サルコメ...

【概要】生体内環境に近い多分子が共存するフィラメント上における、骨格筋ミオシン1分子の力学特性を捉える事を試みた。ミオシン1分子のスティフネスを計測し、ミオシンの硬さには異方性があることを示した。力を出す方向に引っ張ると硬くなって力を出し易く、反対方向に押すと紐のように柔らかくなり、反発力を軽減する機構があることがわかった。この計測から、筋肉の中で力を出し終えたミオシンが、他の分子の力発生の妨げになること...

【医歯薬学】社会医学：コンピュータ・シミュレーション／生物物理を含む研究件

❏蛋白質内における光エネルギー変換反応の研究(20870010)

【研究代表者】石北央京大, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (00508111)

【キーワード】生物物理 / 蛋白質 / 酵素反応 / 生体生命情報学 / コンピューターシミュレーション (他6件)

【概要】光受容体蛋白質BLUF (blue light sensing using FAD, FAD : flavin adenine dinucleotide)の光反応機構を理論計算的手法で解析した。BLUFの蛋白質立体構造データに基づき、静電ポテンシャル計算によってBLUF活性部位であるflavin, Tyr-21及びTrp-104の酸化還元電位を計算し、BLUFの電子移動反応の駆動力を求めた。その結...

【医歯薬学】社会医学：生体生命情報学／生物物理を含む研究件

❏Bio-imaging without targets(17K20031)

【研究テーマ】応用情報学およびその関連分野

【研究期間】2017-06-30 - 2019-03-31

【キーワード】生体生命情報学 / 生物物理 / バイオインフォマティクス / 人工知能

【概要】生命現象を解析する際に様々なイメージング技術が使われており、とりわけ蛍光色素やタンパク質を利用した、事前に見る対象を決めたイメージング技術開発は目覚しい。我々はこの様なBioimaging with targes研究に対して、事前に見る対象を決めないBioimaging without targets研究を提案した。この研究では無染色標本から可視光域でのハイパースペクトルやラマン分光イメージング法...

【キーワード】着床前胚 / 4Dイメージング / 力学モデル / 系譜解析 / トラッキング (他21件)

【概要】本研究では、哺乳類着床前胚の発生系譜を定量的に解析する手法の構築を目指し、画像解析技術・統計解析技術・シミュレーション技術の構築を行った。画像解析では、胚内の細胞を同定する手法を改良し、最終的にはそこから得られたデータを用いた深層画像解析法の提案を行った。系譜統計解析では、細胞の分裂待ち時間などから細胞の潜在情報を推定する手法を提案した。そして、胚内の細胞における力学的相互作用と発生プロセスの再...

【キーワード】生物物理学 / バイオインフォ―マティクス / 計算化学 / タンパク質の立体構造 / 基準振動解析 (他16件)

【概要】タンパク質の動的構造を理解するために基準振動解析計算を行い、低周波数の基準振動モードそれぞれについて、隣接し、大きな正の相関をもって動くアミノ酸残基対を結合して分子内動的構造ネットワークを定義した。そしてそれらネットワークの特性からタンパク質の動的構造を特徴づけることを考えた。酵素、アロステリックタンパク質、多量体などに応用し、ネットワーク解析で使われる中心性指標の一つbetweennessがタン...

【医歯薬学】社会医学：スティフネス／生物物理を含む研究件

【概要】生体内環境に近い多分子が共存するフィラメント上における、骨格筋ミオシン1分子の力学特性を捉える事を試みた。ミオシン1分子のスティフネスを計測し、ミオシンの硬さには異方性があることを示した。力を出す方向に引っ張ると硬くなって力を出し易く、反対方向に押すと紐のように柔らかくなり、反発力を軽減する機構があることがわかった。この計測から、筋肉の中で力を出し終えたミオシンが、他の分子の力発生の妨げになること...

【医歯薬学】社会医学：カルシウムイメージング／生物物理を含む研究件

【キーワード】メカノバイオロジー / メカニカルストレス / 可視化 / 音響波 / 生物物理 (他11件)

【概要】本研究では，HzからkHz（1000分の1秒に相当）の力学刺激を細胞へと負荷するための実験システム，およびMHz（100万分の1秒に相当）からサブGHz（10憶分の1秒に相当）の力学刺激を細胞へと負荷するための実験システムの開発を行いました．それぞれのシステムにおいて，細胞応答として細胞内カルシウムイオン濃度を計測することが可能です．開発したシステムにより細胞を刺激し，カルシウムイオン濃度の変化を...

【医歯薬学】社会医学：行動学／生物物理を含む研究件

❏神経細胞その場破壊技術による線虫神経回路のシステム生物学的解析(19650071)

【キーワード】神経科学 / 可視化 / 生体生命情報学 / 行動学 / 生物物理

【概要】線虫神経系は、遺伝子から行動までを繋げることが可能な理想的な実験系である。そのために種々の疾病の原因を探る研究として、突然変異体の単離とその原因遺伝子を明らかにする順遺伝学的な方法と最近のRNAi技術に代表されるような逆遺伝学的な解析手法が用いられてきている。しかしながら神経系に関わる疾患(学習および行動異常等)に関しては、原因遺伝子とその機能を直接結びつけることが従来困難であった。その最大の理由...

【医歯薬学】社会医学：循環器・高血圧／生物物理を含む研究件

【概要】1）ラット幼若心筋細胞のZ線にα-actinin-YC-Nano140を発現させ、細胞内局所のCa濃度とサルコメア長の同時計測を行った。2）マウス摘出心臓において、心筋細胞内局所のCa動態を計測する技術を開発した。3）マウスin vivo心臓から心筋細胞内のサルコメアの動きを高空間（20 nm）・時間（10 ms）分解能で捉えることのできるシステムを開発し、サルコメア動態とマクロパラメータ（心電図...

【医歯薬学】歯学：バイオインフォマテイクス／生物物理を含む研究件

❏Bio-imaging without targets(17K20031)

【研究テーマ】応用情報学およびその関連分野

【研究期間】2017-06-30 - 2019-03-31

【キーワード】生体生命情報学 / 生物物理 / バイオインフォマティクス / 人工知能

【概要】生命現象を解析する際に様々なイメージング技術が使われており、とりわけ蛍光色素やタンパク質を利用した、事前に見る対象を決めたイメージング技術開発は目覚しい。我々はこの様なBioimaging with targes研究に対して、事前に見る対象を決めないBioimaging without targets研究を提案した。この研究では無染色標本から可視光域でのハイパースペクトルやラマン分光イメージング法...

【キーワード】生物物理学 / バイオインフォ―マティクス / 計算化学 / タンパク質の立体構造 / 基準振動解析 (他16件)

【概要】タンパク質の動的構造を理解するために基準振動解析計算を行い、低周波数の基準振動モードそれぞれについて、隣接し、大きな正の相関をもって動くアミノ酸残基対を結合して分子内動的構造ネットワークを定義した。そしてそれらネットワークの特性からタンパク質の動的構造を特徴づけることを考えた。酵素、アロステリックタンパク質、多量体などに応用し、ネットワーク解析で使われる中心性指標の一つbetweennessがタン...

【医歯薬学】歯学：発生／生物物理を含む研究件

【キーワード】着床前胚 / 4Dイメージング / 力学モデル / 系譜解析 / トラッキング (他21件)

【概要】本研究では、哺乳類着床前胚の発生系譜を定量的に解析する手法の構築を目指し、画像解析技術・統計解析技術・シミュレーション技術の構築を行った。画像解析では、胚内の細胞を同定する手法を改良し、最終的にはそこから得られたデータを用いた深層画像解析法の提案を行った。系譜統計解析では、細胞の分裂待ち時間などから細胞の潜在情報を推定する手法を提案した。そして、胚内の細胞における力学的相互作用と発生プロセスの再...

【医歯薬学】歯学：再生医学／生物物理を含む研究件

❏マルチカラーイメージング手法を用いた神経細胞内Ｍｇイオンダイナミクスの包括的理解(24240045)

【キーワード】生体生命情報学 / シグナル伝達 / 再生医学 / 生物物理 / 神経科学 (他22件)

【概要】(1)細胞内の特定器官に局在する新規Mgプローブを開発し、ミトコンドリアから細胞質に放出されるMgイオン動態を解析した。(2)一酸化窒素刺激（NO）に伴う細胞内Mgイオン濃度の上昇が、NO/cGMP/KMGシグナル伝達に伴うミトコンドリアからのMgイオン流出によるものであることを示した。(3)パーキンソン病と細胞内Mgとの関係について明らかにすることを目指し、PC12細胞をパーキンソン病様に細胞死...

【医歯薬学】歯学：メカノバイオロジー／生物物理を含む研究件

【キーワード】メカノバイオロジー / メカニカルストレス / 可視化 / 音響波 / 生物物理 (他11件)

【概要】本研究では，HzからkHz（1000分の1秒に相当）の力学刺激を細胞へと負荷するための実験システム，およびMHz（100万分の1秒に相当）からサブGHz（10憶分の1秒に相当）の力学刺激を細胞へと負荷するための実験システムの開発を行いました．それぞれのシステムにおいて，細胞応答として細胞内カルシウムイオン濃度を計測することが可能です．開発したシステムにより細胞を刺激し，カルシウムイオン濃度の変化を...

【医歯薬学】歯学：メカニカルストレス／生物物理を含む研究件

【キーワード】メカノバイオロジー / メカニカルストレス / 可視化 / 音響波 / 生物物理 (他11件)

【概要】本研究では，HzからkHz（1000分の1秒に相当）の力学刺激を細胞へと負荷するための実験システム，およびMHz（100万分の1秒に相当）からサブGHz（10憶分の1秒に相当）の力学刺激を細胞へと負荷するための実験システムの開発を行いました．それぞれのシステムにおいて，細胞応答として細胞内カルシウムイオン濃度を計測することが可能です．開発したシステムにより細胞を刺激し，カルシウムイオン濃度の変化を...

【医歯薬学】歯学：T細胞受容体／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理学 / バイオインフォ―マティクス / 計算化学 / タンパク質の立体構造 / 基準振動解析 (他16件)

【概要】タンパク質の動的構造を理解するために基準振動解析計算を行い、低周波数の基準振動モードそれぞれについて、隣接し、大きな正の相関をもって動くアミノ酸残基対を結合して分子内動的構造ネットワークを定義した。そしてそれらネットワークの特性からタンパク質の動的構造を特徴づけることを考えた。酵素、アロステリックタンパク質、多量体などに応用し、ネットワーク解析で使われる中心性指標の一つbetweennessがタン...

【医歯薬学】薬学：生体内イメージング／生物物理を含む研究件

❏マウス骨格筋内分子ナノイメージングによる生命機能と階層性の関わりの解明(24540430)

【研究代表者】茅元司東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (00422098)

【キーワード】筋肉 / サルコメア / in vivoイメージング / 生物物理

【概要】筋肉は，ミオシンがアクチンに相互作用し，アクチンを筋肉の中心方向に引っ張ることで収縮している．近年のタンパク質１分子計測から，ミオシン１分子の特性（力の大きさ，移動量）が解明されてきたが，こうした分子が集まった筋肉内構造サルコメアにおいて，ミオシンが集合したときにどのように機能しているのかは未だに不明である．１分子の機能の単純和であるのか，あるいは機能が飛躍するのか知るために，マウス骨格筋サルコメ...

【医歯薬学】薬学：プロトン移動／生物物理を含む研究件

【キーワード】水素イオン / 分子シミュレーション / 凝縮系 / 量子化学 / ダイナミクス (他11件)

【概要】我々は溶媒の量子化学効果を取り込む手法を検証・改良する過程において、全てのハイブリッドモデルシミュレーションが影響をうけるアーティファクトを発見した。このアーティファクトは今まで議論されたことはなかったが、水素イオンのダイナミクスを再現する上でそれを補正することが非常に重要になる。そこで当初の予定を変更し、このアーティファクトの詳細な分析と補正法の提唱を行いその有効性を示すことに成功した。さらに...

【概要】植物や藻類の行う光合成では，蛋白質に埋め込まれた色素が光のエネルギーを集め，そのエネルギーを効率よく伝達している．そのエネルギーは電子移動やプロトン移動を引き起こすことに使われ，水の分解・酸素発生反応を実現している．反応のしくみを明らかにするためには，実験的にだけでなく，理論的に（計算機を用いるなどして計算することによって）アプローチすることも不可欠である．本研究では，実験結果をうまく説明できる理...

【医歯薬学】薬学：FRET ／生物物理を含む研究件

❏マルチカラーイメージング手法を用いた神経細胞内Ｍｇイオンダイナミクスの包括的理解(24240045)

【キーワード】生体生命情報学 / シグナル伝達 / 再生医学 / 生物物理 / 神経科学 (他22件)

【概要】(1)細胞内の特定器官に局在する新規Mgプローブを開発し、ミトコンドリアから細胞質に放出されるMgイオン動態を解析した。(2)一酸化窒素刺激（NO）に伴う細胞内Mgイオン濃度の上昇が、NO/cGMP/KMGシグナル伝達に伴うミトコンドリアからのMgイオン流出によるものであることを示した。(3)パーキンソン病と細胞内Mgとの関係について明らかにすることを目指し、PC12細胞をパーキンソン病様に細胞死...

【医歯薬学】薬学：自己組織化／生物物理を含む研究件

【キーワード】自己組織化 / 自律システム / マイクロマシン / マイクロ流体 / 生物物理 (他8件)

【概要】従来の自己組織化システムは，系の安定点に収束させることで，ある構造を構築する“self-assembly”を利用したものが一般的であったが，この場合，結晶などの均一な構造を作ることが限界であり，生命システムなどの複雑で自律的なシステムを構築することができなかった．本研究では，動的な自己組織化としての“self-organization”を目指して研究を行った．すなわち，非平衡環境下で，分子のスケー...

【キーワード】細胞モデル / 界面張力 / 細胞接着 / 細胞組織モデル / 自己組織化 (他12件)

【概要】生物を形作る細胞は、機能に適した形態と内部構造を備えている。我々は、この細胞形状と構造の制御機構を明らかにするために、細胞組織における細胞の空間配置と細胞間接着力に着目し、それらの相関関係を、複数の細胞サイズ液滴からなる細胞組織モデルを用いて調べた。細胞の空間配置が関与しない二細胞モデルでは、細胞間接着力が細胞表面の界面張力と、細胞膜と細胞内の高分子との相互作用によって決定されることが示された。一...

【医歯薬学】薬学：生体膜／生物物理を含む研究件

❏タンパク質による生体膜の形態制御(17K05607)

【キーワード】生物物理 / ソフトマター / 生体膜 / シミュレーション

【概要】本研究では粗視化シミュレーションを用いて、曲率誘導タンパク質などによる生体膜の構造変化を研究した。（１）キラリティがチューブ形成に重要であること、（２）膜変形とのカップリングによって膜上の反応拡散波の安定性やチューリングパターンが変化すること、（３）アクチン繊維成長との相互作用が熱平衡とは異なる膜ゆらぎを誘起することなどを明らかにするとともに、（４）膜の力学物性の計算手法の開発や（５）ナビエ・スト...

【概要】本研究では，自立型脂質二重膜である黒膜について，レーザー誘起界面変形法（LISD），光褪色後蛍光回復法（FRAP）の適用を可能にすると共にコレステロール濃度・浸透圧依存性の測定を行った。浸透圧が増加した場合，膜張力と拡散係数が共に増加したのに対し，コレステロール濃度が増加した場合は膜張力が増加したのに対して拡散係数の減少が見られた。これらの結果は膜張力と流動性についての系統的な測定結果として重要で...

❏架橋による生体膜の構造制御(25400425)

【キーワード】生物物理 / ソフトマター / 細胞 / 生体膜 / シミュレーション

【概要】数値計算を主に用いて、タンパク質などによる生体膜の形状制御の仕組みを研究した。まず、膜間のゆらぎのエントロピーによって生体膜間を架橋する結合サイトが凝集する条件を明らかにした。次に、高分子修飾によって大きな膜ドメインが不安定化し、多数のマイクロドメインが形成されることがあることを示した。そして、バナナ状タンパク質の吸着により、多角形膜チューブや多面体ベシクルが形成することを明らかにした。タンパク質...

【医歯薬学】薬学：リン酸化酵素／生物物理を含む研究件

❏マルチカラーイメージング手法を用いた神経細胞内Ｍｇイオンダイナミクスの包括的理解(24240045)

【キーワード】生体生命情報学 / シグナル伝達 / 再生医学 / 生物物理 / 神経科学 (他22件)

【概要】(1)細胞内の特定器官に局在する新規Mgプローブを開発し、ミトコンドリアから細胞質に放出されるMgイオン動態を解析した。(2)一酸化窒素刺激（NO）に伴う細胞内Mgイオン濃度の上昇が、NO/cGMP/KMGシグナル伝達に伴うミトコンドリアからのMgイオン流出によるものであることを示した。(3)パーキンソン病と細胞内Mgとの関係について明らかにすることを目指し、PC12細胞をパーキンソン病様に細胞死...

【医歯薬学】薬学：ATP ／生物物理を含む研究件

❏分子シミュレーションによるABCトランスポーターの「ジャンケン」メカニズムの解明(25870220)

【キーワード】ABCトランスポーター / ATP / 基質 / 輸送 / カップリングヘリックス (他9件)

【概要】ATP-binding cassette (ABC)トランスポーターは、ATPの結合・加水分解・解離のエネルギーを用いて細胞膜を介して様々な基質を輸送する膜内在性タンパク質の大きなスーパーファミリーの一つである。本研究では、細菌のABCトランスポーターMsbA, TM287/288を対象としてカップリングヘリックス(CHs)の役割やATP結合の影響に着目した分子シミュレーションによる解析を行った。...

【医歯薬学】薬学：細胞・組織／生物物理を含む研究件

【概要】細胞内には局所温度の分布がある。しかし、現状では、温度計測の空間分解能は光の回折限界の～500 nmに留まっている。この限界を打開するため、細胞内の生体分子のラマン散乱光（アンチストークス光とストークス光）を測定することにより、生体分子の温度を計測することを目指した。低周波顕微ラマン分光システムの性能を確かめるため、Acetonitrileを顕微ラマン分光した。Stokes/Anti-stokes...

【キーワード】メカノバイオロジー / メカニカルストレス / 可視化 / 音響波 / 生物物理 (他11件)

【概要】本研究では，HzからkHz（1000分の1秒に相当）の力学刺激を細胞へと負荷するための実験システム，およびMHz（100万分の1秒に相当）からサブGHz（10憶分の1秒に相当）の力学刺激を細胞へと負荷するための実験システムの開発を行いました．それぞれのシステムにおいて，細胞応答として細胞内カルシウムイオン濃度を計測することが可能です．開発したシステムにより細胞を刺激し，カルシウムイオン濃度の変化を...

【概要】水分子O-H伸縮振動のラマンスペクトルは幅広いスペクトルとなり、大きく分けて２つのピークが観測されること、isosbestic pointが3419 cm-1にあることが知られている。高温になるほど低ラマンシフト側のピークが小さくなり、高ラマンシフト側のピークが大きくなるため、この性質を利用して温度を計測できた。また、C-C-N変角振動（458 cm-1）、ジフェニルジテレニドのTe-Te伸縮振動...

【医歯薬学】薬学：細胞死／生物物理を含む研究件

❏マルチカラーイメージング手法を用いた神経細胞内Ｍｇイオンダイナミクスの包括的理解(24240045)

【キーワード】生体生命情報学 / シグナル伝達 / 再生医学 / 生物物理 / 神経科学 (他22件)

【概要】(1)細胞内の特定器官に局在する新規Mgプローブを開発し、ミトコンドリアから細胞質に放出されるMgイオン動態を解析した。(2)一酸化窒素刺激（NO）に伴う細胞内Mgイオン濃度の上昇が、NO/cGMP/KMGシグナル伝達に伴うミトコンドリアからのMgイオン流出によるものであることを示した。(3)パーキンソン病と細胞内Mgとの関係について明らかにすることを目指し、PC12細胞をパーキンソン病様に細胞死...

【医歯薬学】薬学：細胞周期／生物物理を含む研究件

【キーワード】Ｘ線回折イメージング / 放射光 / Ｘ線自由電子レーザー / 低温Ｘ線回折実験 / 位相回復 (他26件)

【概要】シンクロトロン放射光を用いた低温Ｘ線回折イメージング・トモグラフィーと、Ｘ線自由電子レーザーを用いた低温Ｘ線回折イメージングにおける試料作製および実験装置の高度化をおこなうとともに、新たな構造解析法を考案した。それらをもとに、バクテリア細胞や酵母細胞核の普遍的な内部構造などを可視化するとともに、バクテリア細胞や酵母細胞の三次元構造解析を行い、生体非結晶粒子の非侵襲イメージングを確立した。 ...

【医歯薬学】薬学：ES細胞／生物物理を含む研究件

【概要】幹細胞は外部シグナルや内因的に生成される情報に基づき、さまざまな細胞タイプへ分化できる。この細胞分化がどのような論理に基づいて起こるのかを正しく理解するには、従来の幹細胞研究で用いられてきた集団計測だけでなく、個々の細胞の時間的な状態変化を実験者側から制御された環境下で調べることのできる新たな計測ツールが必要となる。本研究課題では、このような計測を実現する1細胞計測技術を開発し、それを用いてマウス...

【医歯薬学】薬学：GABA ／生物物理を含む研究件

❏マルチカラーイメージング手法を用いた神経細胞内Ｍｇイオンダイナミクスの包括的理解(24240045)

【キーワード】生体生命情報学 / シグナル伝達 / 再生医学 / 生物物理 / 神経科学 (他22件)

【概要】(1)細胞内の特定器官に局在する新規Mgプローブを開発し、ミトコンドリアから細胞質に放出されるMgイオン動態を解析した。(2)一酸化窒素刺激（NO）に伴う細胞内Mgイオン濃度の上昇が、NO/cGMP/KMGシグナル伝達に伴うミトコンドリアからのMgイオン流出によるものであることを示した。(3)パーキンソン病と細胞内Mgとの関係について明らかにすることを目指し、PC12細胞をパーキンソン病様に細胞死...

【医歯薬学】薬学：ミトコンドリア／生物物理を含む研究件

❏マルチカラーイメージング手法を用いた神経細胞内Ｍｇイオンダイナミクスの包括的理解(24240045)

【キーワード】生体生命情報学 / シグナル伝達 / 再生医学 / 生物物理 / 神経科学 (他22件)

【概要】(1)細胞内の特定器官に局在する新規Mgプローブを開発し、ミトコンドリアから細胞質に放出されるMgイオン動態を解析した。(2)一酸化窒素刺激（NO）に伴う細胞内Mgイオン濃度の上昇が、NO/cGMP/KMGシグナル伝達に伴うミトコンドリアからのMgイオン流出によるものであることを示した。(3)パーキンソン病と細胞内Mgとの関係について明らかにすることを目指し、PC12細胞をパーキンソン病様に細胞死...

【医歯薬学】薬学：アクチン／生物物理を含む研究件

【研究代表者】上田太郎独立行政法人産業技術総合研究所, セルエンジニアリング研究部門, 部門付き (90356551)

【概要】アクチンミオシン系の力発生において、アクチンフィラメントは線路として機能する一方、その協同的構造変化も何らかの重要な機能を果たすと考えられている。一般に協同的構造変化の機能の解明には、優性変異の解析が有力な研究手段となる。そこでAn and Mogami (1996) が同定した10 個の優性変異アクチンについて、われわれ独自のアクチン発現系を用いて6変異の精製に成功し機能解析を行った。その結果、...

【医歯薬学】薬学：フォールデイング／生物物理を含む研究件

❏天然変性蛋白質による分子認識の物理的基盤(23570188)

【研究代表者】新井宗仁東京大学, 総合文化研究科, 准教授 (90302801)

【キーワード】蛋白質 / フォールディング / 分子認識 / 天然変性蛋白質 / 生物物理

【概要】「天然変性蛋白質」は、近年発見された新しいカテゴリーの蛋白質であり、単独では特定の構造を持たないが、標的分子を認識・結合するという機能発現と同時にフォールディング（構造形成）する。天然変性蛋白質は、高等生物が持つ蛋白質の約４割を占めることから、その分子認識機構の解明が重要課題となっている。本研究では、複数の天然変性蛋白質の標的分子認識機構を、核磁気共鳴（NMR）法などを用いて調べた。その結果、天然...

【医歯薬学】薬学：細胞性粘菌／生物物理を含む研究件

【研究代表者】上田太郎独立行政法人産業技術総合研究所, セルエンジニアリング研究部門, 部門付き (90356551)

【概要】アクチンミオシン系の力発生において、アクチンフィラメントは線路として機能する一方、その協同的構造変化も何らかの重要な機能を果たすと考えられている。一般に協同的構造変化の機能の解明には、優性変異の解析が有力な研究手段となる。そこでAn and Mogami (1996) が同定した10 個の優性変異アクチンについて、われわれ独自のアクチン発現系を用いて6変異の精製に成功し機能解析を行った。その結果、...

【医歯薬学】薬学：幹細胞／生物物理を含む研究件

【概要】幹細胞は外部シグナルや内因的に生成される情報に基づき、さまざまな細胞タイプへ分化できる。この細胞分化がどのような論理に基づいて起こるのかを正しく理解するには、従来の幹細胞研究で用いられてきた集団計測だけでなく、個々の細胞の時間的な状態変化を実験者側から制御された環境下で調べることのできる新たな計測ツールが必要となる。本研究課題では、このような計測を実現する1細胞計測技術を開発し、それを用いてマウス...

【医歯薬学】薬学：システム生物学／生物物理を含む研究件

【概要】本研究課題では，最適原理に基づく細胞の動的情報伝達機構の解明を行った．研究成果としては，細胞の動的信号のデコードメカニズムを，最適原理により導いた．そのような最適なデコード機構が分子メカニズム的に実装可能であることを示した．また，細胞の拡散による影響を理論的に調べ，どのような場合に拡散が無視できるかを理論的に明らかにした．これらの結果は，国際査読付きジャーナル論文誌に発表した． ...

【概要】本研究課題では，非定常状態における遺伝子発現系を非平衡統計力学理論に基づいて統計解析することを目的としていた．非平衡理論に基づいた解析手法を開発することで，外部からの変動のある系，振動現象を生じる系，外在ゆらぎの影響を受ける系などの遺伝子発現系の解析を行った．振動現象の解析では，ゆらぎに対するロバスト性と外部信号に対する感度の両方を両立する条件を探り，現存の体内時計が満たしていることを明らかにした...

【キーワード】生物シミュレーション / 神経科学 / 生物物理 / 可視化技術 / 確率シミュレーション (他12件)

【概要】神経および分泌性細胞において、細胞内から特定の物質を分泌する開口放出メカニズムについては広く研究が進められているが、定量的に理解するためのモデルは必ずしも十分に整備されていない。本研究では、(1)開口放出メカニズムを解析するための新規なイメージング技術の開発と、(2)定量的な理解を行うためのモデルの構築を行った。(1)では、開口放出をトリガーする細胞内カルシウム濃度変化と開口放出を定量的にイメージ...

【医歯薬学】薬学：生体高分子／生物物理を含む研究件

【キーワード】細胞モデル / 界面張力 / 細胞接着 / 細胞組織モデル / 自己組織化 (他12件)

【概要】生物を形作る細胞は、機能に適した形態と内部構造を備えている。我々は、この細胞形状と構造の制御機構を明らかにするために、細胞組織における細胞の空間配置と細胞間接着力に着目し、それらの相関関係を、複数の細胞サイズ液滴からなる細胞組織モデルを用いて調べた。細胞の空間配置が関与しない二細胞モデルでは、細胞間接着力が細胞表面の界面張力と、細胞膜と細胞内の高分子との相互作用によって決定されることが示された。一...

【医歯薬学】薬学：核磁気共鳴法／生物物理を含む研究件

【キーワード】核磁気共鳴法 / シグナル伝達 / 膜タンパク質 / Gタンパク質共役型受容体 / 脂質二重膜 (他10件)

【概要】Gタンパク質共役型受容体（GPCR）は、様々な細胞外からの刺激に応答する膜タンパク質であり、感覚受容・神経伝達など、様々な生理機能に関与している。本研究では、タンパク質の動的な性質を原子レベルで観測可能な核磁気共鳴（NMR）法を用いて、GPCRの一種であるβ2アドレナリン受容体およびアデノシンA2A受容体の解析をおこなった。これにより、β2アドレナリン受容体が化合物依存的に、多様なシグナルを細胞内...

【医歯薬学】薬学：分子動力学計算／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理 / ナノマシン / 表面・界面物性 / 放射線・X線・粒子線 / 生体分子 (他13件)

【概要】蛋白質結晶周辺の湿度を変化させ、結晶内のバルク水量を非破壊・可逆的に制御可能な装置の開発を進め、湿潤空気流量300~450ml/minで相対湿度20~96%rhの範囲で実験を行うことが可能な装置とその実験手順を確立し各種蛋白質結晶に適用した。サブゼロ温度領域で蛋白質のダイナミクスを探る実験、種々の蛋白質結晶についての構造解析、分子動力学計算を通じた蛋白質の運動と水和構造変化の相関解析も実施した。...

【医歯薬学】薬学：分析科学／生物物理を含む研究件

【概要】細胞内には局所温度の分布がある。しかし、現状では、温度計測の空間分解能は光の回折限界の～500 nmに留まっている。この限界を打開するため、細胞内の生体分子のラマン散乱光（アンチストークス光とストークス光）を測定することにより、生体分子の温度を計測することを目指した。低周波顕微ラマン分光システムの性能を確かめるため、Acetonitrileを顕微ラマン分光した。Stokes/Anti-stokes...

【概要】水分子O-H伸縮振動のラマンスペクトルは幅広いスペクトルとなり、大きく分けて２つのピークが観測されること、isosbestic pointが3419 cm-1にあることが知られている。高温になるほど低ラマンシフト側のピークが小さくなり、高ラマンシフト側のピークが大きくなるため、この性質を利用して温度を計測できた。また、C-C-N変角振動（458 cm-1）、ジフェニルジテレニドのTe-Te伸縮振動...

【概要】本研究では，自立型脂質二重膜である黒膜について，レーザー誘起界面変形法（LISD），光褪色後蛍光回復法（FRAP）の適用を可能にすると共にコレステロール濃度・浸透圧依存性の測定を行った。浸透圧が増加した場合，膜張力と拡散係数が共に増加したのに対し，コレステロール濃度が増加した場合は膜張力が増加したのに対して拡散係数の減少が見られた。これらの結果は膜張力と流動性についての系統的な測定結果として重要で...

【医歯薬学】薬学：膜タンパク質／生物物理を含む研究件

【キーワード】核磁気共鳴法 / シグナル伝達 / 膜タンパク質 / Gタンパク質共役型受容体 / 脂質二重膜 (他10件)

【概要】Gタンパク質共役型受容体（GPCR）は、様々な細胞外からの刺激に応答する膜タンパク質であり、感覚受容・神経伝達など、様々な生理機能に関与している。本研究では、タンパク質の動的な性質を原子レベルで観測可能な核磁気共鳴（NMR）法を用いて、GPCRの一種であるβ2アドレナリン受容体およびアデノシンA2A受容体の解析をおこなった。これにより、β2アドレナリン受容体が化合物依存的に、多様なシグナルを細胞内...

【キーワード】膜タンパク質 / リポソーム / 進化分子工学 / 人工細胞 / 無細胞タンパク質合成系 (他12件)

【概要】自然界が進化によって探索した配列空間はほんの一部である。合理的デザインにより、現在までに可溶性タンパク質については、未開拓配列空間に多くの構造・機能を持つ人工タンパク質が存在することが明らかになってきた。本研究では、膜タンパク質でも機能・構造を持つ人工膜タンパク質を持つ分子が存在すること示した。具体的には、2 nmのポアを持つ人工膜タンパク質を設計し、その機能を人工細胞リアクターを用いて明らかにし...

【キーワード】イオンポンプ / 膜蛋白質 / 結晶解析 / エネルギー変換 / 構造生物学 (他7件)

【概要】本研究は、イオン能動輸送機構の完全な理解を第一の目標とし、特に、既に10の中間状態の構造決定に成功しているCa2+ポンプを対象に、イオンポンプは「どうしてそういう構造をとる必要があるのか」を追求した。イオン通路のゲート残基の変異体の結晶構造からプロトンの対向輸送の意義を解明し、Ca2+非存在下でATPを結合した状態の結晶から、ATPのみで起こる構造変化を明らかにした。さらに、4状態のCa2+ポンプ...

【医歯薬学】薬学：Gタンパク質共役型受容体／生物物理を含む研究件

【キーワード】核磁気共鳴法 / シグナル伝達 / 膜タンパク質 / Gタンパク質共役型受容体 / 脂質二重膜 (他10件)

【概要】Gタンパク質共役型受容体（GPCR）は、様々な細胞外からの刺激に応答する膜タンパク質であり、感覚受容・神経伝達など、様々な生理機能に関与している。本研究では、タンパク質の動的な性質を原子レベルで観測可能な核磁気共鳴（NMR）法を用いて、GPCRの一種であるβ2アドレナリン受容体およびアデノシンA2A受容体の解析をおこなった。これにより、β2アドレナリン受容体が化合物依存的に、多様なシグナルを細胞内...

【医歯薬学】薬学：構造変化／生物物理を含む研究件

❏分子シミュレーションによるABCトランスポーターの「ジャンケン」メカニズムの解明(25870220)

【キーワード】ABCトランスポーター / ATP / 基質 / 輸送 / カップリングヘリックス (他9件)

【概要】ATP-binding cassette (ABC)トランスポーターは、ATPの結合・加水分解・解離のエネルギーを用いて細胞膜を介して様々な基質を輸送する膜内在性タンパク質の大きなスーパーファミリーの一つである。本研究では、細菌のABCトランスポーターMsbA, TM287/288を対象としてカップリングヘリックス(CHs)の役割やATP結合の影響に着目した分子シミュレーションによる解析を行った。...

【研究代表者】上田太郎独立行政法人産業技術総合研究所, セルエンジニアリング研究部門, 部門付き (90356551)

【概要】アクチンミオシン系の力発生において、アクチンフィラメントは線路として機能する一方、その協同的構造変化も何らかの重要な機能を果たすと考えられている。一般に協同的構造変化の機能の解明には、優性変異の解析が有力な研究手段となる。そこでAn and Mogami (1996) が同定した10 個の優性変異アクチンについて、われわれ独自のアクチン発現系を用いて6変異の精製に成功し機能解析を行った。その結果、...

【医歯薬学】薬学：細胞分裂／生物物理を含む研究件

【キーワード】生体分子モーター / １分子生物学 / 化学力学フィードバック / 筋収縮自励振動 / SPOC (他21件)

【概要】本研究の第一の目標は、輸送・振動・分裂などの生物要素運動に必要な分子モーターや細胞骨格動態などが生み出す力が、要素運動の制御にフィードバックするという化学力学フィードバックループ（CMFループ）の存在を明らかにすることであった。その点、筋収縮自励振動（SPOC）現象における「ミオシンクロスブリッジ（CB）による力発生、筋フィラメントの滑り運動、フィラメント格子間隔の変化、CB形成確率の変化」という...

【医歯薬学】薬学：神経科学／生物物理を含む研究件

【研究代表者】藤原寛太郎東京大学, ニューロインテリジェンス国際研究機構, 特任准教授 (00557704)

【概要】神経スパイク時系列に対する様々な統計解析手法の提案・検討を行った。その結果、これまでの統計解析手法では適用が難しいとされてきたような長時間相関を有する時系列データや、極めて定常な時系列データに対して我々の開発した統計解析手法が有効であることを示された。さらに、神経スパイク時系列の複雑性としてデータの周期性やカオス性などの様々な尺度から時系列を評価し、それらの尺度と神経数理モデルとの関係性を調査した...

【概要】脳領域を客合理的に分類する新規手法を開発した。ラマン分光によるスペクトル計測を脳標本で行うことより、ピクセル毎にスペクトル情報を得る。このスペクトル情報を利用して、スペクトルが似た領域を抽出し、マッピングした。この結果，神経線維をラッピングしているミエリンや、セロトニン、ドーパミン、グルタミン酸含有細胞を非染色で検出することができた。また脳領域境界を合理的に決定する方法として、核位置を利用したボロ...

❏マルチカラーイメージング手法を用いた神経細胞内Ｍｇイオンダイナミクスの包括的理解(24240045)

【キーワード】生体生命情報学 / シグナル伝達 / 再生医学 / 生物物理 / 神経科学 (他22件)

【概要】(1)細胞内の特定器官に局在する新規Mgプローブを開発し、ミトコンドリアから細胞質に放出されるMgイオン動態を解析した。(2)一酸化窒素刺激（NO）に伴う細胞内Mgイオン濃度の上昇が、NO/cGMP/KMGシグナル伝達に伴うミトコンドリアからのMgイオン流出によるものであることを示した。(3)パーキンソン病と細胞内Mgとの関係について明らかにすることを目指し、PC12細胞をパーキンソン病様に細胞死...

【医歯薬学】薬学：動的構造／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理学 / バイオインフォ―マティクス / 計算化学 / タンパク質の立体構造 / 基準振動解析 (他16件)

【概要】タンパク質の動的構造を理解するために基準振動解析計算を行い、低周波数の基準振動モードそれぞれについて、隣接し、大きな正の相関をもって動くアミノ酸残基対を結合して分子内動的構造ネットワークを定義した。そしてそれらネットワークの特性からタンパク質の動的構造を特徴づけることを考えた。酵素、アロステリックタンパク質、多量体などに応用し、ネットワーク解析で使われる中心性指標の一つbetweennessがタン...

【医歯薬学】薬学：電子移動反応／生物物理を含む研究件

❏呼吸鎖複合体蛋白質における電子・プロトン移動の理論計算による解析(21770163)

【研究代表者】石北央京都大学, 生命科学系キャリアパス形成ユニット, 特定助教 (00508111)

【研究期間】2009 - 2010

【キーワード】光生物 / 蛋白質 / 酵素反応 / 電子移動反応 / 生体生命情報学 (他6件)

【概要】蛋白質の立体構造を用いた理論化学計算により、膜蛋白質や酵素における電子移動・プロトン移動反応を複数の蛋白質で行った。蛋白質中の全てのアミノ酸残基の効果を考慮して蛋白質活性部位の解離性アミノ酸残基のpKa値や酸化還元電位を計算しその結果を解析することにより、蛋白質中のプロトン結合サイト、酸化還元活性部位が蛋白質環境によっていかに巧妙に制御されているか、その仕組みを明らかにした。 ...

【医歯薬学】薬学：1分子イメージング／生物物理を含む研究件

❏動態・局在ナノ相関法開拓：超解像１分子同時イメージングによる転写制御の相分離解明(19H03192)

【キーワード】生物物理 / バイオイメージング / 超解像顕微鏡 / １分子イメージング / 生体分子計測 (他14件)

【概要】超解像顕微鏡法と１分子イメージングの同時観察から得られる分子局在・分子動態・分子間相互作用の定量データ群を、統合的に関連付ける新しい方法を開拓した。生細胞で、超解像イメージングと１分子蛍光イメージングとを同時観察できる蛍光顕微鏡を、従来開発技術を改良し高精度化した。１分子イメージング動態解析、超解像解析ともに、従来法の改良に加え、種々の定量法を導入し、多種の定量データを取得可能にした。ナノ局在・１...

【キーワード】１分子イメージング / １分子観察 / 低温顕微鏡 / 抗原抗体反応 / １分子計測(SMD) (他11件)

【概要】タンパク質は複合体をつくり生理機能を発現している。当該課題の研究目的は、その分子間相互作用を１分子観察できる光イメージング法を確立することにある。このような試みは世界的に見ても誰も成功していない。それは、分子間相互作用を研究するには、解像度1 nmで三次元全ての軸に対する空間情報を取得しなければならないからである。このような背景から我々は、ナノメートルの分解能のクライオ蛍光顕微鏡の開発に取り組ん...

【キーワード】１分子イメージング / バイオイメージング / 細胞機能と構造 / 超解像顕微鏡 / 生体分子計測 (他8件)

【概要】光学顕微鏡における生細胞蛍光１分子超解像顕微鏡法を超解像法へと発展させ、生細胞分子動態を定量し、分子機構を解明することを目的として、次の３項目を行った。１．超解像１分子顕微鏡システムの改良。照明光の均質化、結像系の最適化、画像の位置ずれ抑制を中心に、高解像度化を行った。２．超解像多色同期１分子イメージング解析法の改良。超解像分子動態・相互作用解析における多色同期画像を用いた高精度解析において、多色...

【医歯薬学】薬学：生体分子／生物物理を含む研究件

【概要】細胞内には局所温度の分布がある。しかし、現状では、温度計測の空間分解能は光の回折限界の～500 nmに留まっている。この限界を打開するため、細胞内の生体分子のラマン散乱光（アンチストークス光とストークス光）を測定することにより、生体分子の温度を計測することを目指した。低周波顕微ラマン分光システムの性能を確かめるため、Acetonitrileを顕微ラマン分光した。Stokes/Anti-stokes...

【概要】水分子O-H伸縮振動のラマンスペクトルは幅広いスペクトルとなり、大きく分けて２つのピークが観測されること、isosbestic pointが3419 cm-1にあることが知られている。高温になるほど低ラマンシフト側のピークが小さくなり、高ラマンシフト側のピークが大きくなるため、この性質を利用して温度を計測できた。また、C-C-N変角振動（458 cm-1）、ジフェニルジテレニドのTe-Te伸縮振動...

【キーワード】１分子イメージング / １分子観察 / 低温顕微鏡 / 抗原抗体反応 / １分子計測(SMD) (他11件)

【概要】タンパク質は複合体をつくり生理機能を発現している。当該課題の研究目的は、その分子間相互作用を１分子観察できる光イメージング法を確立することにある。このような試みは世界的に見ても誰も成功していない。それは、分子間相互作用を研究するには、解像度1 nmで三次元全ての軸に対する空間情報を取得しなければならないからである。このような背景から我々は、ナノメートルの分解能のクライオ蛍光顕微鏡の開発に取り組ん...

【医歯薬学】薬学：ショウジョウバエ／生物物理を含む研究件

【研究代表者】上田太郎独立行政法人産業技術総合研究所, セルエンジニアリング研究部門, 部門付き (90356551)

【概要】アクチンミオシン系の力発生において、アクチンフィラメントは線路として機能する一方、その協同的構造変化も何らかの重要な機能を果たすと考えられている。一般に協同的構造変化の機能の解明には、優性変異の解析が有力な研究手段となる。そこでAn and Mogami (1996) が同定した10 個の優性変異アクチンについて、われわれ独自のアクチン発現系を用いて6変異の精製に成功し機能解析を行った。その結果、...

【医歯薬学】薬学：ABCトランスポーター／生物物理を含む研究件

❏分子シミュレーションによるABCトランスポーターの「ジャンケン」メカニズムの解明(25870220)

【キーワード】ABCトランスポーター / ATP / 基質 / 輸送 / カップリングヘリックス (他9件)

【概要】ATP-binding cassette (ABC)トランスポーターは、ATPの結合・加水分解・解離のエネルギーを用いて細胞膜を介して様々な基質を輸送する膜内在性タンパク質の大きなスーパーファミリーの一つである。本研究では、細菌のABCトランスポーターMsbA, TM287/288を対象としてカップリングヘリックス(CHs)の役割やATP結合の影響に着目した分子シミュレーションによる解析を行った。...

【医歯薬学】薬学：核酸／生物物理を含む研究件

【概要】近年、mRNA を標的にした遺伝子発現調節が精力的に研究されるなか、生細胞に内在するmRNA を検出することは、遺伝子発現機構の解明に必須の課題である。本研究では、生細胞内における特定の内在性mRNA発現量を計測することにより、その動態をリアルタイムに追跡する技術開発を目指した。内在性mRNAの標識には蛍光性アンチセンスプローブを用い、蛍光顕微鏡により生きた単一細胞内のプローブを定量的に解析するこ...

【医歯薬学】薬学：分化／生物物理を含む研究件

【概要】幹細胞は外部シグナルや内因的に生成される情報に基づき、さまざまな細胞タイプへ分化できる。この細胞分化がどのような論理に基づいて起こるのかを正しく理解するには、従来の幹細胞研究で用いられてきた集団計測だけでなく、個々の細胞の時間的な状態変化を実験者側から制御された環境下で調べることのできる新たな計測ツールが必要となる。本研究課題では、このような計測を実現する1細胞計測技術を開発し、それを用いてマウス...

【医歯薬学】薬学：蛍光プローブ／生物物理を含む研究件

❏マルチカラーイメージング手法を用いた神経細胞内Ｍｇイオンダイナミクスの包括的理解(24240045)

【キーワード】生体生命情報学 / シグナル伝達 / 再生医学 / 生物物理 / 神経科学 (他22件)

【概要】(1)細胞内の特定器官に局在する新規Mgプローブを開発し、ミトコンドリアから細胞質に放出されるMgイオン動態を解析した。(2)一酸化窒素刺激（NO）に伴う細胞内Mgイオン濃度の上昇が、NO/cGMP/KMGシグナル伝達に伴うミトコンドリアからのMgイオン流出によるものであることを示した。(3)パーキンソン病と細胞内Mgとの関係について明らかにすることを目指し、PC12細胞をパーキンソン病様に細胞死...

【医歯薬学】薬学：計算化学／生物物理を含む研究件

【キーワード】生物物理学 / バイオインフォ―マティクス / 計算化学 / タンパク質の立体構造 / 基準振動解析 (他16件)

【概要】タンパク質の動的構造を理解するために基準振動解析計算を行い、低周波数の基準振動モードそれぞれについて、隣接し、大きな正の相関をもって動くアミノ酸残基対を結合して分子内動的構造ネットワークを定義した。そしてそれらネットワークの特性からタンパク質の動的構造を特徴づけることを考えた。酵素、アロステリックタンパク質、多量体などに応用し、ネットワーク解析で使われる中心性指標の一つbetweennessがタン...

❏蛋白質内における光エネルギー変換反応の研究(20870010)

【研究代表者】石北央京大, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (00508111)

【キーワード】生物物理 / 蛋白質 / 酵素反応 / 生体生命情報学 / コンピューターシミュレーション (他6件)

【概要】光受容体蛋白質BLUF (blue light sensing using FAD, FAD : flavin adenine dinucleotide)の光反応機構を理論計算的手法で解析した。BLUFの蛋白質立体構造データに基づき、静電ポテンシャル計算によってBLUF活性部位であるflavin, Tyr-21及びTrp-104の酸化還元電位を計算し、BLUFの電子移動反応の駆動力を求めた。その結...

【医歯薬学】薬学：分子イメージング／生物物理を含む研究件

【概要】1）ラット幼若心筋細胞のZ線にα-actinin-YC-Nano140を発現させ、細胞内局所のCa濃度とサルコメア長の同時計測を行った。2）マウス摘出心臓において、心筋細胞内局所のCa動態を計測する技術を開発した。3）マウスin vivo心臓から心筋細胞内のサルコメアの動きを高空間（20 nm）・時間（10 ms）分解能で捉えることのできるシステムを開発し、サルコメア動態とマクロパラメータ（心電図...

【医歯薬学】薬学：細胞／生物物理を含む研究件

【概要】細胞内の物質輸送や細胞分裂を担うモータータンパク質であるキネシン、ミオシンV、ダイニンは一定の歩幅で長距離を解離することなく、前進運動や後退運動を行う。これら三種類のモータータンパク質の１分子の運動特性を統一的に記述するために運動を単純化して、2つの状態を遷移する数理モデルを提案し、このモデルによって本研究や過去の実験結果をうまく説明することができた。また、筋肉由来のミオシン多分子による力発生を...

❏架橋による生体膜の構造制御(25400425)

【キーワード】生物物理 / ソフトマター / 細胞 / 生体膜 / シミュレーション

【概要】数値計算を主に用いて、タンパク質などによる生体膜の形状制御の仕組みを研究した。まず、膜間のゆらぎのエントロピーによって生体膜間を架橋する結合サイトが凝集する条件を明らかにした。次に、高分子修飾によって大きな膜ドメインが不安定化し、多数のマイクロドメインが形成されることがあることを示した。そして、バナナ状タンパク質の吸着により、多角形膜チューブや多面体ベシクルが形成することを明らかにした。タンパク質...

【キーワード】走査プローブ顕微鏡 / 1分子計測・操作 / バイオイメージング / タンパク質 / 細胞 (他19件)

【概要】三つの課題に取り組んだ。課題1では、既に確立した高速AFMを利用して多様な蛋白質系で起こる動的プロセスを観察し、機能メカニズムに迫るとともに、従来技術では困難な天然変性蛋白質の構造解析が高速AFMで可能であることを実証した。課題2では、振動を起こさずに広域を高速走査する技術やイメージング中に試料を操作可能なインターラクティブ高速AFMを開発し、その有効性を実証した。また、カンチレバー走査方式の高速...

【医歯薬学】薬学：分子認識／生物物理を含む研究件

❏天然変性蛋白質による分子認識の物理的基盤(23570188)

【研究代表者】新井宗仁東京大学, 総合文化研究科, 准教授 (90302801)

【キーワード】蛋白質 / フォールディング / 分子認識 / 天然変性蛋白質 / 生物物理

【概要】「天然変性蛋白質」は、近年発見された新しいカテゴリーの蛋白質であり、単独では特定の構造を持たないが、標的分子を認識・結合するという機能発現と同時にフォールディング（構造形成）する。天然変性蛋白質は、高等生物が持つ蛋白質の約４割を占めることから、その分子認識機構の解明が重要課題となっている。本研究では、複数の天然変性蛋白質の標的分子認識機構を、核磁気共鳴（NMR）法などを用いて調べた。その結果、天然...

【医歯薬学】薬学：細胞核／生物物理を含む研究件

【キーワード】Ｘ線回折イメージング / 放射光 / Ｘ線自由電子レーザー / 低温Ｘ線回折実験 / 位相回復 (他26件)

【概要】シンクロトロン放射光を用いた低温Ｘ線回折イメージング・トモグラフィーと、Ｘ線自由電子レーザーを用いた低温Ｘ線回折イメージングにおける試料作製および実験装置の高度化をおこなうとともに、新たな構造解析法を考案した。それらをもとに、バクテリア細胞や酵母細胞核の普遍的な内部構造などを可視化するとともに、バクテリア細胞や酵母細胞の三次元構造解析を行い、生体非結晶粒子の非侵襲イメージングを確立した。 ...

【医歯薬学】薬学：細胞接着／生物物理を含む研究件

【キーワード】細胞モデル / 界面張力 / 細胞接着 / 細胞組織モデル / 自己組織化 (他12件)

【概要】生物を形作る細胞は、機能に適した形態と内部構造を備えている。我々は、この細胞形状と構造の制御機構を明らかにするために、細胞組織における細胞の空間配置と細胞間接着力に着目し、それらの相関関係を、複数の細胞サイズ液滴からなる細胞組織モデルを用いて調べた。細胞の空間配置が関与しない二細胞モデルでは、細胞間接着力が細胞表面の界面張力と、細胞膜と細胞内の高分子との相互作用によって決定されることが示された。一...

【医歯薬学】薬学：血管新生／生物物理を含む研究件

❏力学的相互作用に基づく血管新生における細胞往復運動の動態解析(19K06578)

【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31

【研究代表者】田久保直子東京大学, アイソトープ総合センター, 特任助教 (60447315)

【キーワード】血管新生 / 細胞動態 / バイオイメージング / 生物物理

【概要】本研究の目的は、不均一な動態を示す細胞集団が統合された機能体である血管を形成するメカニズムの解明である。具体的には、血管新生におけるUターン動態を含む内皮細胞のマクロスコピックな動態特性および動態メカニズムを定量的に明らかにする。特に、細胞群の力学的相互作用が個々の細胞動態パターンに及ぼす影響を明らかにし、細胞動態メカニズムを細胞の力覚応答の観点から明らかにする。前年度までに、マウス大動脈組織片...

【医歯薬学】薬学：超解像イメージング／生物物理を含む研究件

❏動態・局在ナノ相関法開拓：超解像１分子同時イメージングによる転写制御の相分離解明(19H03192)

【キーワード】生物物理 / バイオイメージング / 超解像顕微鏡 / １分子イメージング / 生体分子計測 (他14件)

【概要】超解像顕微鏡法と１分子イメージングの同時観察から得られる分子局在・分子動態・分子間相互作用の定量データ群を、統合的に関連付ける新しい方法を開拓した。生細胞で、超解像イメージングと１分子蛍光イメージングとを同時観察できる蛍光顕微鏡を、従来開発技術を改良し高精度化した。１分子イメージング動態解析、超解像解析ともに、従来法の改良に加え、種々の定量法を導入し、多種の定量データを取得可能にした。ナノ局在・１...

【医歯薬学】薬学：タンパク質／生物物理を含む研究件

❏核磁気共鳴法を用いたGタンパク質共役型受容体によるシグナル制御機構の解明(21H02410)

【研究期間】2021-04-01 - 2025-03-31

❏動的構造に基づいた創薬標的膜タンパク質の動作機構解明(20K21473)

【概要】

【研究期間】2020-07-30 - 2023-03-31

【概要】(1) モデルタンパク質を用いた安定同位体標識条件の最適化前年度に引き続き、膜タンパク質などの核磁気共鳴（NMR）解析においてボトルネックとなっている、安定同位体標識技術の開発をおこなった。前年度までに緑色蛍光タンパク質（GFP）の発現量を指標に、培地に添加するアミノ酸や血清などの添加物の量、タイミングの検討を進めてきた。本年度は、モデルタンパク質として20種類のアミノ酸を含むチオレドキシン（T...

【キーワード】核磁気共鳴法 / シグナル伝達 / 膜タンパク質 / Gタンパク質共役型受容体 / 脂質二重膜 (他10件)

【概要】Gタンパク質共役型受容体（GPCR）は、様々な細胞外からの刺激に応答する膜タンパク質であり、感覚受容・神経伝達など、様々な生理機能に関与している。本研究では、タンパク質の動的な性質を原子レベルで観測可能な核磁気共鳴（NMR）法を用いて、GPCRの一種であるβ2アドレナリン受容体およびアデノシンA2A受容体の解析をおこなった。これにより、β2アドレナリン受容体が化合物依存的に、多様なシグナルを細胞内...

【医歯薬学】薬学：医療／生物物理を含む研究件

【概要】分子モーターキネシンやダイニンによるオルガネラ輸送は医療や美容と関連が深い。例えばアルツハイマー病などの神経疾患では軸索輸送障害が問題となるし日焼けの原因となるメラニン色素の顆粒輸送もキネシンやダイニンが担う。非平衡統計力学は輸送を扱う学問であるが、非平衡統計力学の恒等式をこのような輸送に応用した。これらの輸送は非平衡確率過程とみなせるからである。具体的にはシナプス小胞前駆体輸送とメラニン色素顆粒...

【医歯薬学】薬学：一酸化窒素／生物物理を含む研究件

❏マルチカラーイメージング手法を用いた神経細胞内Ｍｇイオンダイナミクスの包括的理解(24240045)

【キーワード】生体生命情報学 / シグナル伝達 / 再生医学 / 生物物理 / 神経科学 (他22件)

【概要】(1)細胞内の特定器官に局在する新規Mgプローブを開発し、ミトコンドリアから細胞質に放出されるMgイオン動態を解析した。(2)一酸化窒素刺激（NO）に伴う細胞内Mgイオン濃度の上昇が、NO/cGMP/KMGシグナル伝達に伴うミトコンドリアからのMgイオン流出によるものであることを示した。(3)パーキンソン病と細胞内Mgとの関係について明らかにすることを目指し、PC12細胞をパーキンソン病様に細胞死...

【医歯薬学】薬学：DNA ／生物物理を含む研究件

【概要】ミクロな分子運動からマクロな天体運動まで、自然の各階層における多体系の集団運動を統一的に理解することは、現代科学の重要な課題である。本研究では、非線形力学、統計力学、微分幾何学の手法を駆使してこの課題に取り組んだ。その結果、ミクロな分子運動の階層においては、回転型分子モーターの運動機構やDNAの高次らせん形成に関する新たな幾何学的モデルを提案することができた。また、原子集合体の解離運動を駆動する集...

【医歯薬学】薬学：免疫学／生物物理を含む研究件

【キーワード】核磁気共鳴法 / シグナル伝達 / 膜タンパク質 / Gタンパク質共役型受容体 / 脂質二重膜 (他10件)

【概要】Gタンパク質共役型受容体（GPCR）は、様々な細胞外からの刺激に応答する膜タンパク質であり、感覚受容・神経伝達など、様々な生理機能に関与している。本研究では、タンパク質の動的な性質を原子レベルで観測可能な核磁気共鳴（NMR）法を用いて、GPCRの一種であるβ2アドレナリン受容体およびアデノシンA2A受容体の解析をおこなった。これにより、β2アドレナリン受容体が化合物依存的に、多様なシグナルを細胞内...

【医歯薬学】薬学：薬学／生物物理を含む研究件

❏核磁気共鳴法を用いたGタンパク質共役型受容体によるシグナル制御機構の解明(21H02410)

【研究期間】2021-04-01 - 2025-03-31

❏動的構造に基づいた創薬標的膜タンパク質の動作機構解明(20K21473)

【概要】

【研究期間】2020-07-30 - 2023-03-31

【概要】(1) モデルタンパク質を用いた安定同位体標識条件の最適化前年度に引き続き、膜タンパク質などの核磁気共鳴（NMR）解析においてボトルネックとなっている、安定同位体標識技術の開発をおこなった。前年度までに緑色蛍光タンパク質（GFP）の発現量を指標に、培地に添加するアミノ酸や血清などの添加物の量、タイミングの検討を進めてきた。本年度は、モデルタンパク質として20種類のアミノ酸を含むチオレドキシン（T...

【キーワード】核磁気共鳴法 / シグナル伝達 / 膜タンパク質 / Gタンパク質共役型受容体 / 脂質二重膜 (他10件)

【概要】Gタンパク質共役型受容体（GPCR）は、様々な細胞外からの刺激に応答する膜タンパク質であり、感覚受容・神経伝達など、様々な生理機能に関与している。本研究では、タンパク質の動的な性質を原子レベルで観測可能な核磁気共鳴（NMR）法を用いて、GPCRの一種であるβ2アドレナリン受容体およびアデノシンA2A受容体の解析をおこなった。これにより、β2アドレナリン受容体が化合物依存的に、多様なシグナルを細胞内...

【医歯薬学】薬学：共焦点顕微鏡／生物物理を含む研究件

【キーワード】１分子イメージング / １分子観察 / 低温顕微鏡 / 抗原抗体反応 / １分子計測(SMD) (他11件)

【概要】タンパク質は複合体をつくり生理機能を発現している。当該課題の研究目的は、その分子間相互作用を１分子観察できる光イメージング法を確立することにある。このような試みは世界的に見ても誰も成功していない。それは、分子間相互作用を研究するには、解像度1 nmで三次元全ての軸に対する空間情報を取得しなければならないからである。このような背景から我々は、ナノメートルの分解能のクライオ蛍光顕微鏡の開発に取り組ん...

【キーワード】１分子観察 / 一分子計測(SMD) / 一分子観察 / １分子計測(SMD) / 一分子観察(SMD) (他13件)

【概要】我々は、結晶中にある無数のイオン一つ一つをそれぞれ1量子ビットずつに割り当てることで、量子ビットを高度に集積することを目指して、新しい系の探索と観察する光学顕微鏡の独自開発を10年にわたり続けてきた。当該研究では、Pr3+同士の三次元相対位置を決定する場合に、遷移双極子の向きにより、20~30 nmの系統誤差が生じることが分かった。そこで、三次元のすべての軸を高精度に決定することで、この系統誤差を...

【概要】近年、mRNA を標的にした遺伝子発現調節が精力的に研究されるなか、生細胞に内在するmRNA を検出することは、遺伝子発現機構の解明に必須の課題である。本研究では、生細胞内における特定の内在性mRNA発現量を計測することにより、その動態をリアルタイムに追跡する技術開発を目指した。内在性mRNAの標識には蛍光性アンチセンスプローブを用い、蛍光顕微鏡により生きた単一細胞内のプローブを定量的に解析するこ...

【医歯薬学】薬学：構造生物学／生物物理を含む研究件

【キーワード】核磁気共鳴法 / シグナル伝達 / 膜タンパク質 / Gタンパク質共役型受容体 / 脂質二重膜 (他10件)

【概要】Gタンパク質共役型受容体（GPCR）は、様々な細胞外からの刺激に応答する膜タンパク質であり、感覚受容・神経伝達など、様々な生理機能に関与している。本研究では、タンパク質の動的な性質を原子レベルで観測可能な核磁気共鳴（NMR）法を用いて、GPCRの一種であるβ2アドレナリン受容体およびアデノシンA2A受容体の解析をおこなった。これにより、β2アドレナリン受容体が化合物依存的に、多様なシグナルを細胞内...

【キーワード】イオンポンプ / 膜蛋白質 / 結晶解析 / エネルギー変換 / 構造生物学 (他7件)

【概要】本研究は、イオン能動輸送機構の完全な理解を第一の目標とし、特に、既に10の中間状態の構造決定に成功しているCa2+ポンプを対象に、イオンポンプは「どうしてそういう構造をとる必要があるのか」を追求した。イオン通路のゲート残基の変異体の結晶構造からプロトンの対向輸送の意義を解明し、Ca2+非存在下でATPを結合した状態の結晶から、ATPのみで起こる構造変化を明らかにした。さらに、4状態のCa2+ポンプ...

【医歯薬学】薬学：水素結合／生物物理を含む研究件

【概要】植物や藻類の行う光合成では，蛋白質に埋め込まれた色素が光のエネルギーを集め，そのエネルギーを効率よく伝達している．そのエネルギーは電子移動やプロトン移動を引き起こすことに使われ，水の分解・酸素発生反応を実現している．反応のしくみを明らかにするためには，実験的にだけでなく，理論的に（計算機を用いるなどして計算することによって）アプローチすることも不可欠である．本研究では，実験結果をうまく説明できる理...

【医歯薬学】薬学：パーキンソン病／生物物理を含む研究件

❏マルチカラーイメージング手法を用いた神経細胞内Ｍｇイオンダイナミクスの包括的理解(24240045)

【キーワード】生体生命情報学 / シグナル伝達 / 再生医学 / 生物物理 / 神経科学 (他22件)

【概要】(1)細胞内の特定器官に局在する新規Mgプローブを開発し、ミトコンドリアから細胞質に放出されるMgイオン動態を解析した。(2)一酸化窒素刺激（NO）に伴う細胞内Mgイオン濃度の上昇が、NO/cGMP/KMGシグナル伝達に伴うミトコンドリアからのMgイオン流出によるものであることを示した。(3)パーキンソン病と細胞内Mgとの関係について明らかにすることを目指し、PC12細胞をパーキンソン病様に細胞死...

【医歯薬学】薬学：バイオイメージング／生物物理を含む研究件

❏力学的相互作用に基づく血管新生における細胞往復運動の動態解析(19K06578)

【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31

【研究代表者】田久保直子東京大学, アイソトープ総合センター, 特任助教 (60447315)

【キーワード】血管新生 / 細胞動態 / バイオイメージング / 生物物理

【概要】本研究の目的は、不均一な動態を示す細胞集団が統合された機能体である血管を形成するメカニズムの解明である。具体的には、血管新生におけるUターン動態を含む内皮細胞のマクロスコピックな動態特性および動態メカニズムを定量的に明らかにする。特に、細胞群の力学的相互作用が個々の細胞動態パターンに及ぼす影響を明らかにし、細胞動態メカニズムを細胞の力覚応答の観点から明らかにする。前年度までに、マウス大動脈組織片...

❏動態・局在ナノ相関法開拓：超解像１分子同時イメージングによる転写制御の相分離解明(19H03192)

【キーワード】生物物理 / バイオイメージング / 超解像顕微鏡 / １分子イメージング / 生体分子計測 (他14件)

【概要】超解像顕微鏡法と１分子イメージングの同時観察から得られる分子局在・分子動態・分子間相互作用の定量データ群を、統合的に関連付ける新しい方法を開拓した。生細胞で、超解像イメージングと１分子蛍光イメージングとを同時観察できる蛍光顕微鏡を、従来開発技術を改良し高精度化した。１分子イメージング動態解析、超解像解析ともに、従来法の改良に加え、種々の定量法を導入し、多種の定量データを取得可能にした。ナノ局在・１...

【キーワード】１分子イメージング / バイオイメージング / 細胞機能と構造 / 超解像顕微鏡 / 生体分子計測 (他8件)

【概要】光学顕微鏡における生細胞蛍光１分子超解像顕微鏡法を超解像法へと発展させ、生細胞分子動態を定量し、分子機構を解明することを目的として、次の３項目を行った。１．超解像１分子顕微鏡システムの改良。照明光の均質化、結像系の最適化、画像の位置ずれ抑制を中心に、高解像度化を行った。２．超解像多色同期１分子イメージング解析法の改良。超解像分子動態・相互作用解析における多色同期画像を用いた高精度解析において、多色...

【医歯薬学】薬学：バイオテクノロジー／生物物理を含む研究件

【キーワード】膜タンパク質 / リポソーム / 進化分子工学 / 人工細胞 / 無細胞タンパク質合成系 (他12件)

【概要】自然界が進化によって探索した配列空間はほんの一部である。合理的デザインにより、現在までに可溶性タンパク質については、未開拓配列空間に多くの構造・機能を持つ人工タンパク質が存在することが明らかになってきた。本研究では、膜タンパク質でも機能・構造を持つ人工膜タンパク質を持つ分子が存在すること示した。具体的には、2 nmのポアを持つ人工膜タンパク質を設計し、その機能を人工細胞リアクターを用いて明らかにし...

【キーワード】デジタルマイクロフルイディクス / マイクロ液滴技術 / ラチェット / マイクロ流体技術 / 分子・細胞解析技術 (他13件)

【概要】高感度・並列集積化バイオアッセイの実現に向け、まずデジタルマイクロ流体技術とマイクロチャンバーアレイを融合したデバイス構造を設計・作製し、機能を検証し、さらに溶液の入れ替えを行うことにより繰り返しデジタル計数法を検証した。また流路壁形状を非対称にすることにより、新規ラチェット機構による液滴の整流機構を実現した。さらに電極形状を工夫することにより、流路壁の表面や形状のばらつきに伴う影響を無くし、より...

【概要】近年、mRNA を標的にした遺伝子発現調節が精力的に研究されるなか、生細胞に内在するmRNA を検出することは、遺伝子発現機構の解明に必須の課題である。本研究では、生細胞内における特定の内在性mRNA発現量を計測することにより、その動態をリアルタイムに追跡する技術開発を目指した。内在性mRNAの標識には蛍光性アンチセンスプローブを用い、蛍光顕微鏡により生きた単一細胞内のプローブを定量的に解析するこ...

【医歯薬学】看護学：イメージンク／生物物理を含む研究件

【キーワード】走査プローブ顕微鏡 / 1分子計測・操作 / バイオイメージング / タンパク質 / 細胞 (他19件)

【概要】三つの課題に取り組んだ。課題1では、既に確立した高速AFMを利用して多様な蛋白質系で起こる動的プロセスを観察し、機能メカニズムに迫るとともに、従来技術では困難な天然変性蛋白質の構造解析が高速AFMで可能であることを実証した。課題2では、振動を起こさずに広域を高速走査する技術やイメージング中に試料を操作可能なインターラクティブ高速AFMを開発し、その有効性を実証した。また、カンチレバー走査方式の高速...

【概要】近年、mRNA を標的にした遺伝子発現調節が精力的に研究されるなか、生細胞に内在するmRNA を検出することは、遺伝子発現機構の解明に必須の課題である。本研究では、生細胞内における特定の内在性mRNA発現量を計測することにより、その動態をリアルタイムに追跡する技術開発を目指した。内在性mRNAの標識には蛍光性アンチセンスプローブを用い、蛍光顕微鏡により生きた単一細胞内のプローブを定量的に解析するこ...

【医歯薬学】看護学：生理学／生物物理を含む研究件

【概要】1）ラット幼若心筋細胞のZ線にα-actinin-YC-Nano140を発現させ、細胞内局所のCa濃度とサルコメア長の同時計測を行った。2）マウス摘出心臓において、心筋細胞内局所のCa動態を計測する技術を開発した。3）マウスin vivo心臓から心筋細胞内のサルコメアの動きを高空間（20 nm）・時間（10 ms）分解能で捉えることのできるシステムを開発し、サルコメア動態とマクロパラメータ（心電図...

【概要】1）ラット培養幼若心筋細胞のZ線にAcGFPを発現させ、収縮の最小単位であるサルコメアの長さ変化を細胞内Ca濃度変化と同時にnm精度で解析できるシステムの構築に成功した。2）ラット培養幼若心筋細胞において、約38℃以上の条件下、高速（~10 Hz）のサルコメア振動（HSOs）が生じることを見出した。3）マウスin vivo心臓において、心筋細胞内ナノ分子情報を抽出できる新たな顕微システムを構築し、...

❏心筋収縮構造の再構築によるスターリングの心臓法則の分子メカニズムの解明(20500368)

【研究期間】2008 - 2010

【キーワード】生理学 / 生物物理 / 細胞・組織 / 生物・生体工学 / 生体分子

【概要】スターリングの心臓法則は、心筋サルコメアの発生張力が伸展によって増大するという「筋長効果」に基づいている。本研究において申請者らは、筋長効果の程度が細いフィラメントの協同性と逆相関していることを見出した。また、実験的に得られた結果を、Ca^<2+>依存性の細いフィラメントのON-OFFスイッチ機構と格子間隔を組み入れたモデルによって、定量的にシミュレートすることに成功した。これらの結果...

【医歯薬学】看護学：遺伝子／生物物理を含む研究件

【概要】本研究課題では,環境の時間的不均一さに由来するゆらぎの強度自体の時間変動(高次ゆらぎ)が遺伝子発現系へ及ぼす影響について,統計解析及び計算機シミュレーションを用いて明らかにした.高次ゆらぎのある系における解析手法を開発し,その手法を様々なモデルに適用した.また,遺伝的振動子における構造的な不均一さに注目し,周期の異なる振動子の結合により生じる現象を解析的に計算し,周期ミスマッチのメリットを明らかに...

【医歯薬学】看護学：細菌／生物物理を含む研究件

【キーワード】パターン形成 / バクテリア / コロニー / スケーリング / フラクタル (他13件)

【概要】自然界、社会に見られるランダムなパターンの構造と統計について主として三つの課題を研究した。1.大腸菌と緑膿菌について環境条件を変えるとコロニーパターンがどのように変化するかのダイヤグラムを確立し、そのうちの周期パターンの菌密度変化を詳しく調べた。2.ランダムパターンの成長界面の自己アフィンフラクタル性を、バクテリアコロニー、地形などを例にして詳しく調べた。3.都道府県人口、市町村人口、私たちの身長...

【医歯薬学】看護学：シグナル伝達／生物物理を含む研究件

❏核磁気共鳴法を用いたGタンパク質共役型受容体によるシグナル制御機構の解明(21H02410)

【研究期間】2021-04-01 - 2025-03-31

❏動的構造に基づいた創薬標的膜タンパク質の動作機構解明(20K21473)

【概要】

【研究期間】2020-07-30 - 2023-03-31

【概要】(1) モデルタンパク質を用いた安定同位体標識条件の最適化前年度に引き続き、膜タンパク質などの核磁気共鳴（NMR）解析においてボトルネックとなっている、安定同位体標識技術の開発をおこなった。前年度までに緑色蛍光タンパク質（GFP）の発現量を指標に、培地に添加するアミノ酸や血清などの添加物の量、タイミングの検討を進めてきた。本年度は、モデルタンパク質として20種類のアミノ酸を含むチオレドキシン（T...

【キーワード】核磁気共鳴法 / シグナル伝達 / 膜タンパク質 / Gタンパク質共役型受容体 / 脂質二重膜 (他10件)

【概要】Gタンパク質共役型受容体（GPCR）は、様々な細胞外からの刺激に応答する膜タンパク質であり、感覚受容・神経伝達など、様々な生理機能に関与している。本研究では、タンパク質の動的な性質を原子レベルで観測可能な核磁気共鳴（NMR）法を用いて、GPCRの一種であるβ2アドレナリン受容体およびアデノシンA2A受容体の解析をおこなった。これにより、β2アドレナリン受容体が化合物依存的に、多様なシグナルを細胞内...

【医歯薬学】看護学：遺伝子発現／生物物理を含む研究件

【概要】本研究課題では，非定常状態における遺伝子発現系を非平衡統計力学理論に基づいて統計解析することを目的としていた．非平衡理論に基づいた解析手法を開発することで，外部からの変動のある系，振動現象を生じる系，外在ゆらぎの影響を受ける系などの遺伝子発現系の解析を行った．振動現象の解析では，ゆらぎに対するロバスト性と外部信号に対する感度の両方を両立する条件を探り，現存の体内時計が満たしていることを明らかにした...

【概要】本研究課題では,環境の時間的不均一さに由来するゆらぎの強度自体の時間変動(高次ゆらぎ)が遺伝子発現系へ及ぼす影響について,統計解析及び計算機シミュレーションを用いて明らかにした.高次ゆらぎのある系における解析手法を開発し,その手法を様々なモデルに適用した.また,遺伝的振動子における構造的な不均一さに注目し,周期の異なる振動子の結合により生じる現象を解析的に計算し,周期ミスマッチのメリットを明らかに...

【医歯薬学】看護学：医療・福祉／生物物理を含む研究件

❏足関節に対する受動的運動を利用した遠隔ニューロリハビリテーションデバイス(19500471)

【研究テーマ】リハビリテーション科学・福祉工学

【研究代表者】太田裕治お茶の水女子大学, 大学院・人間文化創成科学研究科, 准教授 (50203807)

【研究期間】2007 - 2009

【キーワード】生物・生体工学 / 生物物理 / 医療・福祉 / 神経科学 / リハビリテーション (他6件)

【概要】従来,運動麻痺に対して様々な運動リハビリテーション訓練が実施されてきたが,その意義として,近年,神経に対するリハビリテーション効果が見出されてきた.麻痺した筋・関節を強制的に受動的運動させることで,神経が刺激され,刺激信号が中枢神経に入力し,運動神経機能を高めるというしくみである.本研究では,受動運動を利用したリハビリテーションデバイスの開発を目的に,足関節の受動運動訓練装置を開発し,運動麻痺者を...

【医歯薬学】看護学：リハビリテーション／生物物理を含む研究件

❏足関節に対する受動的運動を利用した遠隔ニューロリハビリテーションデバイス(19500471)

【研究テーマ】リハビリテーション科学・福祉工学

【研究代表者】太田裕治お茶の水女子大学, 大学院・人間文化創成科学研究科, 准教授 (50203807)

【研究期間】2007 - 2009

【キーワード】生物・生体工学 / 生物物理 / 医療・福祉 / 神経科学 / リハビリテーション (他6件)

【概要】従来,運動麻痺に対して様々な運動リハビリテーション訓練が実施されてきたが,その意義として,近年,神経に対するリハビリテーション効果が見出されてきた.麻痺した筋・関節を強制的に受動的運動させることで,神経が刺激され,刺激信号が中枢神経に入力し,運動神経機能を高めるというしくみである.本研究では,受動運動を利用したリハビリテーションデバイスの開発を目的に,足関節の受動運動訓練装置を開発し,運動麻痺者を...

【医歯薬学】看護学：意思決定／生物物理を含む研究件