生体非平衡物理学研究室

理化学研究所 生命機能科学研究センター

Laboratory of nonequilibrium physics of living matter

招へい准教授川口喬吾(Kyogo KAWAGUCHI)

kyogo.kawaguchi

URL: https://www.bdr.riken.jp/ja/research/labs/kawaguchi-k/

大 人 に なっても 細 胞 組 織 が 更 新さの分 子や電 子を扱う物 理のモデルやコれ 続 ける 様 子 、発 生 過 程 など で 細 胞ンセプトだけで は 足らず、「 非 平 衡 」なて は 消 える 凝 集 体 の 動 き など 、多 数らないとも考えられています。

象 に 広く興 味 が あり、主 に 理 論 物 理

デ ータ 取 得 、解 析と隠 れ た ル ール の推定
生 命 現 象 特 有 の 問 題も包 括した 理論を 作ることが わ れ わ れ の 目 標 で すが 、そこに 至るにはまず 実 験をし良 質なデータを集めるのが 近 道だと考えています。そこでわれわれの研 究 室では、主 に 長 時 間ライブイメージング 技 術 や遺 伝 子 操 作 技 術を 用 いて、細 胞 集 団や 細 胞 内 凝 集 体 の 挙 動 、細 胞 分 化 現象を詳しく観 察しています。こうして得られたたくさんのデータを元に、現 象の背後 にあるル ールを 抽 出 する 方 法 を 考え、画 像 解 析・機 械 学 習などのツールを用いて実装しています。

集 団 が 作 る 流 れや 、細 胞 内 に 生 ま れの 要 素 が 寄り集 まって 生じ る 生 命 現学 的 な 視 点 から 、細 胞 実 験 と デ ータ
解析をツールに 研究しています。

We are broadly interested in biologicalphenomena that emerge when many

elements come together, such as thecontinuous renewal of cellular tissues in
our adult body, the macroscopic ﬂow ofcells

duringdevelopment,

andthedynamics of biological condensates thatare born and disappear within cells.

多 数 の 要 素 の 集まりと物 理 学

わ れ わ れ の 身 体 はさまざまな 種 類の物 質でできた複 雑な物 体ですが、その中でもうまく階 層を切り出してくると、
物 理 学の理 解の枠 組 みを用いて理 解できる領 域 があります。特 に 多 体 系 物理と呼ばれる枠 組 みでは 、その名の通り多 数 の 要 素が 寄り集まったときに創発する現象を調べることができ、たとえば 水 が 氷になる相 転 移 現 象などの 日常レベルのマクロな現 象が、分 子 や 電子が 大 量に集まったときになぜ 起きるのかを理 解 することに 役 立ってきました 。多 体 系 物 理 の 枠 組 み は 、細 胞 が多 数 集まって組 織となったときにはじめて現 れるダイナミクスや、細 胞 内 のタンパク質 凝 集 体 や 液 滴 の 挙 動 、核 内のクロマチン の 動 態 など 特 に 相 性 が良 いと考えられます。一 方 で、生 命 現象に特 有 の 事 情も多いため、これまで領域に拡張した理 論を考えなければな

Collective phenomena and theoreticalphysics
Our body is a complex object made of a variety ofmaterials, but there are areas that can beunderstood using the framework of physics if thehierarchy of these materials can be successfullyisolated. In particular, the framework of many-body
physics, as the name implies, allows investigating
phenomena that emerge when many elements
come together, and have been useful inunderstanding why macroscopic phenomena suchas phase transitions (e.g., water to ice) occur whenlarge numbers of molecules and electrons cometogether. The framework of many-body physics isparticularly compatible with the collective cell
dynamics in tissues, the behavior of intracellularcondensates, and the kinetics of chromatin in thenucleus. On the other hand, since there are many
circumstances unique to biology, conventionalmodels and concepts of physics dealing withmolecules and electrons may not be suﬃcient, and
it is considered necessary to develop theories that
extend into the non-equilibrium regime.

Data acquisition, analysis, and extracting
hidden rules
Our goal is to create a theoretical framework thatencompasses biological phenomena, and we believethat the shortest way to achieve this is to collecthigh-quality data. In our laboratory, we mainly use
long-timelapse imaging and genetic manipulation
techniques to observe in detail the behavior ofcollective cell behavior and intracellularcondensates, as well as cell diﬀerentiation. Basedon the large amount of data obtained, we develop
methods to extract the rules behind thephenomena and implement them using tools suchas image analysis and machine learning.

図１：ターンオーバーする皮膚組織の中の幹細胞

図２：トポロジカル欠陥に集まる神経幹細胞〒650-0047 兵庫県神戸市中央区港島南町2-2-3
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