Organization
Graduate School of Nanobioscience Department of Materials System Science Associate Professor
School of Science Department of Science
School of Science Department of Science
Title
Associate Professor
External link
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Masashi Tachikawa
Research Interests
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Organelle
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simulation
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Mathematical model
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Biophysics
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Cell Biology
Research Areas
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Life Science / Biophysics
Education
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Nagoya University Graduate School of Science Divison of Material Science (Physics)
1999.4 - 2004.3
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Osaka University School of Science Department of Physics
1995.4 - 1999.3
Research History
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Yokohama City University School of Science Graduate School of Nanobioscience Department of Materials System Science Assochiate Professor
2022.4
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Kyoto University Associate Professor
2019.4 - 2022.3
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RIKEN Theoretical Biology Laboratory
2010.4 - 2019.3
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ERATO, Complex Systems Biology Project
2005.4 - 2010.3
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The University of Tokyo
2004.4 - 2005.3
Professional Memberships
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THE BIOPHYSICAL SOCIETY OF JAPAN
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JAPAN SOCIETY FOR CELL BIOLOGY
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THE JAPANESE SOCIETY FOR MATHEMATICAL BIOLOGY
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THE MOLECULAR BIOLOGY SOCIETY OF JAPAN
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THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN
Papers
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Actin dynamics switches two distinct modes of endosomal fusion in yolk sac visceral endoderm cells. Reviewed International journal
Seiichi Koike, Masashi Tachikawa, Motosuke Tsutsumi, Takuya Okada, Tomomi Nemoto, Kazuko Keino-Masu, Masayuki Masu
eLife 13 2024.10
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Simulation study on “ torsion ” and local structure of chromosome: Loop structure via torsion-adding loop extrusion Invited Reviewed
Hiroshi Yokota, Masashi Tachikawa
Journal of Advanced Simulation in Science and Engineering 11 ( 1 ) 54 - 72 2024
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Theoretical approaches for understanding the self‐organized formation of the Golgi apparatus Invited Reviewed
Masashi Tachikawa
Development, Growth & Differentiation 2023.1
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Evaluation of loop formation dynamics in a chromatin fiber during chromosome condensation Reviewed
Hiroshi Yokota, Masashi Tachikawa
Progress of Theoretical and Experimental Physics 2022.4
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Modeling Membrane Morphological Change during Autophagosome Formation Reviewed International journal
Yuji Sakai, Ikuko Koyama-Honda, Masashi Tachikawa, Roland L. Knorr, Noboru Mizushima
iScience 23 ( 9 ) 101466 - 101466 2020.9
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Phagocytosis is mediated by two-dimensional assemblies of the F-BAR protein GAS7. Reviewed International journal
Kyoko Hanawa-Suetsugu, Yuzuru Itoh, Maisarah Ab Fatah, Tamako Nishimura, Kazuhiro Takemura, Kohei Takeshita, Satoru Kubota, Naoyuki Miyazaki, Wan Nurul Izzati Wan Mohamad Noor, Takehiko Inaba, Nhung Thi Hong Nguyen, Sayaka Hamada-Nakahara, Kayoko Oono-Yakura, Masashi Tachikawa, Kenji Iwasaki, Daisuke Kohda, Masaki Yamamoto, Akio Kitao, Atsushi Shimada, Shiro Suetsugu
Nature communications 10 ( 1 ) 4763 - 4763 2019.10
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Molecular Dynamics Simulations of Condensin-Mediated Mitotic Chromosome Assembly. Reviewed
Sakai Y, Hirano T, Tachikawa M
Methods in molecular biology (Clifton, N.J.) 2004 319 - 334 2019
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Modeling the functions of condensin in chromosome shaping and segregation. Reviewed
Yuji Sakai, Atsushi Mochizuki, Kazuhisa Kinoshita, Tatsuya Hirano, Masashi Tachikawa
PLoS Computational Biology 14 ( 6 ) e1006152 2018
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Dynamical pattern selection of growing cellular mosaic in fish retina Reviewed
Noriaki Ogawa, Tetsuo Hatsuda, Atsushi Mochizuki, Masashi Tachikawa
PHYSICAL REVIEW E 96 ( 3 ) 2017.9
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Measurement of caveolin-1 densities in the cell membrane for quantification of caveolar deformation after exposure to hypotonic membrane tension Reviewed
Masashi Tachikawa, Nobuhiro Morone, Yosuke Senju, Tadao Sugiura, Kyoko Hanawa-Suetsugu, Atsushi Mochizuki, Shiro Suetsugu
SCIENTIFIC REPORTS 7 ( 1 ) 7794 2017.8
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Golgi apparatus self-organizes into the characteristic shape via postmitotic reassembly dynamics Reviewed
Masashi Tachikawa, Atsushi Mochizuki
PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA 114 ( 20 ) 5177 - 5182 2017.5
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Controlling segregation speed of entangled polymers by the shapes: A simple model for eukaryotic chromosome segregation Reviewed
Yuji Sakai, Masashi Tachikawa, Atsushi Mochizuki
PHYSICAL REVIEW E 94 ( 4 ) 042403 2016.10
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Flat leaf formation realized by cell-division control and mutual recessive gene regulation Reviewed
Yoshinori Hayakawa, Masashi Tachikawa, Atsushi Mochizuki
JOURNAL OF THEORETICAL BIOLOGY 404 206 - 214 2016.9
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Mathematical study of pattern formation accompanied by heterocyst differentiation in multicellular cyanobacterium Reviewed
Jun-ichi Ishihara, Masashi Tachikawa, Hideo Iwasaki, Atsushi Mochizuki
JOURNAL OF THEORETICAL BIOLOGY 371 9 - 23 2015.4
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Nonlinearity in cytoplasm viscosity can generate an essential symmetry breaking in cellular behaviors Reviewed
Masashi Tachikawa, Atsushi Mochizuki
JOURNAL OF THEORETICAL BIOLOGY 364 260 - 265 2015.1
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Mathematical study for the mechanism of vascular and spot patterns by auxin and pin dynamics in plant development Reviewed
Yoshinori Hayakawa, Masashi Tachikawa, Atsushi Mochizuki
JOURNAL OF THEORETICAL BIOLOGY 365 12 - 22 2015.1
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Raman imaging of the diverse states of the filamentous cyanobacteria Reviewed
J. Ishihara, M. Tachikawa, A. Mochizuki, Y. Sako, H. Iwasaki, S. Morita
Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering 8879 2013
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Regular and irregular modulation of frequencies in limit cycle oscillator networks Reviewed
M. Tachikawa
EPL 92 ( 2 ) 2010.10
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A mathematical model for period-memorizing behavior in Physarum plasmodium Reviewed
Masashi Tachikawa
JOURNAL OF THEORETICAL BIOLOGY 263 ( 4 ) 449 - 454 2010.4
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Fluctuation Induces Evolutionary Branching in a Mathematical Model of Ecosystems Reviewed
Masashi Tachikawa
PLOS ONE 3 ( 12 ) e3925 2008.12
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Specific locking in populations dynamics: Symmetry analysis for coupled heteroclinic cycles Reviewed
Masashi Tachikawa
JOURNAL OF COMPUTATIONAL AND APPLIED MATHEMATICS 201 ( 2 ) 374 - 380 2007.4
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Emergence of multi-time scales in coupled oscillators with plastic frequencies Reviewed
M. Tachikawa, K. Fujimoto
EPL 78 ( 2 ) 2007
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Convective stabilization of saddle fixed points in an open flow system Reviewed
M Tachikawa
PROGRESS OF THEORETICAL PHYSICS SUPPLEMENT ( 161 ) 352 - 355 2006
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Multiplicity of limit cycle attractors in coupled heteroclinic cycles Reviewed
M Tachikawa
PROGRESS OF THEORETICAL PHYSICS 109 ( 1 ) 133 - 138 2003.1
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An introduction to coupled heteroclinic cycles Reviewed
M Tachikawa
PROGRESS OF THEORETICAL PHYSICS SUPPLEMENT ( 150 ) 449 - 452 2003
Books
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数理生理学
Keener James P, Sneyd James（ Role： Joint translator）
日本評論社 2005
MISC
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マクロオートファジーにおける細胞質ゾーニング
小山(本田)郁子, 境祐二, 高橋暁, 高橋暁, 齊藤知恵子, 立川正志, 水島昇
日本生化学会大会(Web) 96th 2023
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Physical Model Simulation for Golgi Body Re-assembly Process Invited
Masashi TACHIKAWA
Seibutsu Butsuri 60 ( 3 ) 165 - 167 2020
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ゴルジ体のサイズと形の制御 Invited
立川正志
実験医学 36 ( 13 ) 2018.8
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オルガネラ形態の物理モデリング Invited
立川正志
生体の科学 69 ( 3 ) 2018.6
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ゴルジ体は自己組織化する Invited
立川正志
日本数理生物学会ニュースレター 85 27 - 29 2018
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シミュレーションによるゴルジ体の自己組織化的な形成過程 Invited
立川正志, 望月敦史
実験医学 35 ( 14 ) 2017.9
Research Projects
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分子場の特性から記述するバイオロジカルクラスターの新しい状態理論
Grant number：24H02288 2024.4 - 2029.3
日本学術振興会 科学研究費助成事業 学術変革領域研究(A)
立川 正志
Grant amount：\88270000 （ Direct Cost: \67900000 、 Indirect Cost：\20370000 ）
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力学モデルで理解する細胞集団の協同現象としての非細胞素材操作
Grant number：23H04320 2023.4 - 2025.3
日本学術振興会 科学研究費助成事業 学術変革領域研究(A)
立川 正志
Grant amount：\7800000 （ Direct Cost: \6000000 、 Indirect Cost：\1800000 ）
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非細胞素材を操作する職人細胞の形態力学モデル
Grant number：21H05781 2021.9 - 2023.3
日本学術振興会 科学研究費助成事業 学術変革領域研究(A) 学術変革領域研究(A)
立川 正志
Grant amount：\6240000 （ Direct Cost: \4800000 、 Indirect Cost：\1440000 ）
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Comprehensive mathematical modeling of mitochondrial morphologies
2020.12 - 2024.3
JST PRESTO, Strategic Basic Research Programs
Authorship：Principal investigator
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数理モデリングを用いた選別輸送ゾーンのメカニズムの理解
Grant number：20H04903 2020.4 - 2022.3
日本学術振興会 科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型) 新学術領域研究(研究領域提案型)
立川 正志
Grant amount：\3380000 （ Direct Cost: \2600000 、 Indirect Cost：\780000 ）
ERにおいて翻訳された膜タンパク質や分泌タンパク質がゴルジ体へと送られる場所となるER Exit Site(ERES)が、どのように形成されるか、数理モデリングの手法を用いて調べた。ERESをER膜上での分子パターンとしてとらえ、ERESに必須であるタンパク質の集団からなる反応モデルを作成し、そのパターン形成の様相を調べた。中心となる分子として低分子量Gタンパク質であるSar1-GTPとその活性化因子（GAP）であるSec23/24に注目した反応拡散方程式を作成し、安定なドメインの形成すること、複数のドメインが独立に安定化することを再現した。
このERES形成モデルを組み込んだ膜シミュレーションを行った。このシミュレーションでは、Sec23/24がコート分子としてベシクル形成を促進するこに注目し、Sec23/24が膜に曲率を与える効果を取り入れてモデルを設計した。結果、ERESがER膜からbuddingするダイナミクスに再現に成功した。ERES buddingがどのように制御されるか、いくつかの反応定数と力学パラメタを変化させて解析を行い、Sec23/24が曲率依存的に膜から離脱する速度が重要であること、この速度が中程度の時に、実験に観察されているSec23/24が外れたbudding構造が形成されることを見出した。 -
Molecular mechanisms of condensins I and II
Grant number：18H05276 2018.6 - 2023.3
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (S) Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
Grant amount：\193440000 （ Direct Cost: \148800000 、 Indirect Cost：\44640000 ）
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ミトコンドリア・クリステ形態を構築するロジック
Grant number：18H04768 2018.4 - 2020.3
日本学術振興会 科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型) 新学術領域研究(研究領域提案型)
立川 正志
Grant amount：\4550000 （ Direct Cost: \3500000 、 Indirect Cost：\1050000 ）
ミトコンドリアの持つ複雑な形態を生み出すメカニズムについて、力学モデルを用いて研究を進めた。結果、これまでに解明されていない二つの問題、チューブ形態を生み出すメカニズムは何か、と、ミトコンドリア・クリステを生み出すメカニズムは何か、はある仮説の元で一つの同じ機構で説明できることを見出した。その仮説においてはクリステを形成する力の存在を仮定し、この力がクリステを生成・伸長させるとともに、クリステ膜が内膜へ張力を伝えることにより、ミトコンドリア概形に曲率が生じ、チューブ形態が生み出される。さらに、この機構に基づいてオイラー・ラクランジュ方程式を解くことにより、エネルギー的に安定なミトコンドリア形態を求めたところ、ミトコンドリアチューブ形態には所々に"くびれ"が生じることが分かった。ミトコンドリアは細胞の中で頻繁に分裂・融合を繰り返しているが、その分裂のきっかけを生み出す分子メカニズムはまだ完全には理解されていないが、このくびれは、分子的なきっかけを必要とせず、ミトコンドリア膜のエネルギー的な安定化が自発的に分裂を促進させることを示唆している。
さらに、この仮説の妥当性を調べるために、既知のミトコンドリア局在分子の分布・運動がクリステへ及ぼす効果を検証した。結果、ミトコンドリア局在分子のうち、特に呼吸鎖複合体やATP合成酵素などの能動的な膜輸送とカップルした非平衡ゆらぎが、この仮説において仮定したクリステ形成力を生み出しうることを示した。 -
オルガネラゾーン形成と成熟の数理モデリング
Grant number：18H04874 2018.4 - 2020.3
日本学術振興会 科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型) 新学術領域研究(研究領域提案型)
立川 正志
Grant amount：\4550000 （ Direct Cost: \3500000 、 Indirect Cost：\1050000 ）
ERにおいて翻訳された膜タンパク質や分泌タンパク質がゴルジ体へと送られる場所となるER Exit Site(ERES)が、どのように形成されるか、数理モデリングの手法を用いて調べた。ERESをER膜上での分子パターンとしてとらえ、ERESに必須であるタンパク質の集団からなる反応モデルを作成し、そのパターン形成の様相を調べた。中心となる分子として低分子量Gタンパク質であるSar1-GTPとその活性化因子（GAP）であるSec23/24に注目し、それらの反応を中心に、Sar1のGEFであるSec12やCOPIIコートを形成するScc13/31の効果を関数として入れ込むことで、２変数からなる反応拡散方程式を作成した。この方程式にはSec23/24のGAP活性によるSar1-GTPの膜からの遊離と、Sec23/24（とSec13/31）の集積による膜上拡散の低下が取り入れられており、これらの効果のバランスにより、適切なパラメーター値でSec23/24が集積する安定なドメインの形成すること、複数のドメインが独立に安定化することを実現した。
また、計画班の清水重臣教授・桜井一助教らとの共同研究として、ゴルジ体トランス槽がストレス応答として閉鎖する現象の膜シミュレーションを行った。ストレス時にゴルジ体からトランス槽の縁安定化分子(clathrin)とトランス槽をつなぎ留めている接着分子(GRASP65)が遊離することを仮定し、その条件下での膜の動態を調べた。特に２層のトランス槽の閉鎖後の位置関係に注目し、最外槽が小さい場合に入れ子状になることを見出した。 -
細胞内環境が内膜系の３D形態を生み出すロジック
Grant number：16H01454 2016.4 - 2018.3
日本学術振興会 科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型) 新学術領域研究(研究領域提案型)
立川 正志
Grant amount：\6500000 （ Direct Cost: \5000000 、 Indirect Cost：\1500000 ）
ゴルジ体形成モデルのシミュレーションに関する成果、細胞膜構造の超解像顕微鏡画像解析に関する成果を論文誌に発表した。
前年度に引き続き、膜とブラウン粒子の相互作用系におけるブラウン粒子依存的な膜のチューブ状形態変化に関してシミュレーションによる定量的な解析を進め、ブラウン粒子の配置エントロピーと膜形態のエントロピーが、全体の形態にどのような影響を及ぼすか調べた。
ミトコンドリア・クリステの形態の制御機構を理解するために、閉鎖空間での生体膜の振舞について調べた。これまでに作成した生体膜シミュレーターに、空間的な領域を制限する境界条件を導入し、空間が有限であることや膜同士が込み合う環境は、膜形態にどのような影響を及ぼすか調べた。ミトコンドリア・クリステは主に平板形態とチューブ形態を持つが、前年度から研究の継続によりこの二形態が共存しうる双安定な形態であること、形態の持つエントロピーがその安定性に寄与することが分かっている。空間の制限は形態のバリエーションの制限につながり、形態エントロピーをコントロールする境界条件となることが期待される。本研究のシミュレーションにより、空間のサイズと内部での膜密度を変えることにより、安定状態が平板からチューブへ（空間サイズを低下させた場合）、チューブから平板へ（膜密度を上昇した場合）の遷移が起きることを示した。前者は空間が狭くなり並進移動のエントロピーが制限された状況を、変形により形態エントロピーを増加させることで補っていると考えられ、後者は逆に平板化することで層構造をつくり並進エントロピーを増加していると考えられる。この遷移は、ミトコンドリア・クリステの形態が、ミトコンドリアの外形の変化を通してどのようにコントロールされるかの物理メカニズムの一端を示していると考えられる。