2026/09/15 更新

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フカイ　ヨウスケ
深井 洋佑
FUKAI YOHSUKE
所属
理学研究院 物理学部門 准教授
職名
准教授
連絡先
メールアドレス
プロフィール
生物物理・非平衡物理分野の研究者。東京大学理学系研究科物理学専攻で博士号を取得後、理化学研究所での研究員を経て2026年9月より現職。
外部リンク

研究分野

  • ライフサイエンス / 生物物理学

  • 自然科学一般 / 生物物理、化学物理、ソフトマターの物理

  • 自然科学一般 / 数理物理、物性基礎

経歴

  • 九州大学 大学院理学研究院 准教授 

    2026年9月 - 現在

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    国名：日本国

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  • 特定国立研究開発法人理化学研究所 開拓研究所 川口生体非平衡物理学研究室 研究員 

    2025年4月 - 2026年8月

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    国名：日本国

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  • 特定国立研究開発法人理化学研究所 生命機能科学研究センター 生体非平衡物理学理研白眉研究チーム 研究員 

    2022年9月 - 2025年3月

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    国名：日本国

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  • 特定国立研究開発法人理化学研究所 生命機能科学研究センター 生体非平衡物理学理研白眉研究チーム 基礎科学特別研究員 

    2019年4月 - 2022年9月

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    国名：日本国

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学歴

  • 東京大学   理学系研究科   物理学専攻 博士課程

    2016年4月 - 2019年3月

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  • 東京大学   理学系研究科   物理学専攻 修士課程

    2014年4月 - 2016年3月

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  • 東京大学   理学部   物理学科

    2012年4月 - 2014年3月

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  • 東京大学   教養学部  

    2010年4月 - 2012年3月

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研究テーマ・研究キーワード

  • 研究テーマ： 界面成長過程

    研究キーワード： 界面成長過程

    研究期間： 2026年

  • 研究テーマ： 生物物理学

    研究キーワード： 生物物理学

    研究期間： 2026年

  • 研究テーマ： 液晶電気対流

    研究キーワード： 液晶電気対流

    研究期間： 2026年

  • 研究テーマ： 普遍クラス

    研究キーワード： 普遍クラス

    研究期間： 2026年

  • 研究テーマ： 再構成クロマチン

    研究キーワード： 再構成クロマチン

    研究期間： 2026年

  • 研究テーマ： スケール普遍性

    研究キーワード： スケール普遍性

    研究期間： 2026年

  • 研究テーマ： クロマチン修飾

    研究キーワード： クロマチン修飾

    研究期間： 2026年

受賞

  • SFS2015 Best Poster Award for Young Researcher

    2015年8月   International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2015  

    深井 洋佑

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論文

  • Universal interface fluctuations in absorbing-state phase transitions

    Fukai, Yohsuke T. and Tamai, Keiichi and Hiraiwa, Tetsuya

    2026年5月

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    担当区分：筆頭著者,　責任著者   出版者・発行元：arXiv  

    Despite similarities between models exhibiting absorbing phase transitions (APTs) and those showing Kardar-Parisi-Zhang (KPZ) growth, the relationship between these universal fluctuations has remained elusive. We numerically study (1+1)-dimensional interfaces of (2+1)-dimensional models showing APTs of directed percolation (DP) and compact directed percolation (CDP) classes with an active boundary, finding a universal crossover from short-time APT-governed fluctuations to long-time KPZ fluctuations. Upon rescaling time and length by the APT correlation time and length, the cumulants of the interface height distributions collapse onto a single scaling function. The fluctuation properties of the discrete Domany-Kinzel model and the continuum stochastic Fisher-Kolmogorov-Petrovsky-Piskunov (sFKPP) equation coincide, indicating that the KPZ growth parameters are determined solely by fundamental properties of the APT. For the CDP sFKPP equation, a dimensionless parameter tunes both the critical interface distribution and the KPZ parameters, with the interface properties of the biased voter model recovered in a limiting case. These results uncover a universal crossover in which KPZ fluctuations emerge from APT fluctuations at long times, linking paradigmatic universality classes of nonequilibrium scale-invariant phenomena.

    DOI： 10.48550/ARXIV.2605.17781

    arXiv

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    その他リンク： https://arxiv.org/pdf/2605.17781v1

  • Gene-scale in vitro reconstitution reveals histone acetylation directly controls chromatin architecture 査読

    Fukai, YT; Kujirai, T; Wakamori, M; Kanamura, S; Yamauchi, L; Zeraati, S; Morita, S; Tanegashima, C; Kadota, M; Shirouzu, M; Kurumizaka, H; Umehara, T; Kawaguchi, K

    SCIENCE ADVANCES   11 ( 47 )   1 - 13   2025年11月   （ eISSN:2375-2548 ）

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    担当区分：筆頭著者,　責任著者   記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Science Advances  

    Understanding how epigenetic modifications intrinsically shape gene-scale chromatin architecture remains challenging due to difficulties in reconstituting and characterizing sufficiently long arrays with defined modification patterns. Here, we overcome this barrier by reconstituting 20-kilobase (96-nucleosome) chromatin arrays with modification patterns precisely controlled at 12-nucleosome resolution. Single-molecule microscopy reveals the dynamics governed by hydrodynamic interactions, demonstrating that increasing histone H4 acetylation density enhances structural fluctuations and relaxation times. In vitro Hi-C reveals power-law decay of the nucleosome contacts consistent with the Gaussian chain, which is globally reduced by acetylation. We also observe that heterogeneous modification patterns alone are sufficient to create distinct structural domains reminiscent of higher-order chromatin organization. These findings establish how histone modifications modulate chromatin architecture via changes in local stiffness and nucleosome interactions, providing a quantitative framework for genome organization.

    DOI： 10.1126/sciadv.adx9282

    Web of Science

    Scopus

    PubMed

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  • Initial perturbation matters: Implications of geometry-dependent universal Kardar–Parisi–Zhang statistics for spatiotemporal chaos 査読

    Fukai, Yohsuke T., Takeuchi, Kazumasa A.

    Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science   31 ( 11 )   111103 - 111103   2021年11月   （ ISSN:1054-1500 eISSN:1089-7682 ）

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    担当区分：筆頭著者,　責任著者   記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：{American Institute of Physics}  

    Infinitesimal perturbations in various systems showing spatiotemporal chaos (STC) evolve following the power laws of the Kardar-Parisi-Zhang (KPZ) universality class. While universal properties beyond the power-law exponents, such as distributions and correlations, and their geometry dependence, are established for random growth and related KPZ systems, the validity of these findings to deterministic chaotic perturbations is unknown. Here we fill this gap between stochastic KPZ systems and deterministic STC perturbations by conducting extensive simulations of a prototypical STC system, namely the logistic coupled map lattice. We show that the perturbation interfaces, defined by the logarithm of the modulus of the perturbation vector components, exhibit the universal, geometry-dependent statistical laws of the KPZ class, despite the deterministic nature of STC. We demonstrate that KPZ statistics for three established geometries arise for different initial profiles of the perturbation, namely point (l ocal), uniform, and "pseudo-stationary" initial perturbations, the last being the statistically stationary state of KPZ interfaces given independently of the Lyapunov vector. This geometry dependence lasts until the KPZ correlation length becomes comparable to the system size. Thereafter, perturbation vectors converge to the unique Lyapunov vector, showing characteristic meandering, coalescence, and annihilation of borders of piece-wise regions that remain different from the Lyapunov vector. Our work implies that the KPZ universality for stochastic systems generally characterizes deterministic STC perturbations, providing new insights for STC, such as the universal dependence on initial perturbation and beyond.

    DOI： 10.1063/5.0071658

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  • Kardar-Parisi-Zhang Interfaces with Curved Initial Shapes and Variational Formula 査読

    Yohsuke T. Fukai and Kazumasa A. Takeuchi

    Physical Review Letters   124 ( 6 )   060601 - 060601   2020年2月   （ ISSN:0031-9007 eISSN:1079-7114 ）

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    担当区分：筆頭著者,　責任著者   記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：American Physical Society ({APS})  

    DOI： 10.1103/PhysRevLett.124.060601

    arXiv

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    その他リンク： https://link.aps.org/article/10.1103/PhysRevLett.124.060601

  • GEFF: Graph Exchange File Format 査読

    Morgan Schwartz, Caroline Malin-Mayor, Talley Lambert, Teun Huijben, Jan Funke, Laura Xénard, Mark Kittisopikul, Draga Doncila Pop, Yohsuke Fukai, Jordão Bragantini, Melisande Croft, Anniek Stokkermans, Georgeos Hardo, Benjamin Gallusser, Kasia Kedziora, Jean-Yves Tinevez, Ko Sugawara, Tobias Pietzsch, Ilan Theodoro

    Journal of Open Source Software   2026年4月

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    掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.21105/joss.10143

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  • Optical microscopic imaging, manipulation, and analysis methods for morphogenesis research 招待

    Takanobu A Katoh, Yohsuke T Fukai, Tomoki Ishibashi

    Microscopy   73 ( 3 )   226 - 242   2023年12月   （ ISSN:20505698 eISSN:20505701 ）

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    担当区分：筆頭著者,　責任著者   記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Oxford University Press (OUP)  

    <jats:title>Abstract</jats:title>
    <jats:p>Morphogenesis is a developmental process of organisms being shaped through complex and cooperative cellular movements. To understand the interplay between genetic programs and the resulting multicellular morphogenesis, it is essential to characterize the morphologies and dynamics at the single-cell level and to understand how physical forces serve as both signaling components and driving forces of tissue deformations. In recent years, advances in microscopy techniques have led to improvements in imaging speed, resolution and depth. Concurrently, the development of various software packages has supported large-scale, analyses of challenging images at the single-cell resolution. While these tools have enhanced our ability to examine dynamics of cells and mechanical processes during morphogenesis, their effective integration requires specialized expertise. With this background, this review provides a practical overview of those techniques. First, we introduce microscopic techniques for multicellular imaging and image analysis software tools with a focus on cell segmentation and tracking. Second, we provide an overview of cutting-edge techniques for mechanical manipulation of cells and tissues. Finally, we introduce recent findings on morphogenetic mechanisms and mechanosensations that have been achieved by effectively combining microscopy, image analysis tools and mechanical manipulation techniques.</jats:p>

    DOI： 10.1093/jmicro/dfad059

    Web of Science

    Scopus

    PubMed

    CiNii Research

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    その他リンク： https://academic.oup.com/jmicro/article-pdf/73/3/226/58122776/dfad059.pdf

  • LapTrack: linear assignment particle tracking with tunable metrics

    Yohsuke T Fukai, Kyogo Kawaguchi

    Bioinformatics   39 ( 1 )   2022年12月   （ ISSN:1367-4803 eISSN:13674811 ）

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    担当区分：筆頭著者,　責任著者   記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Oxford University Press (OUP)  

    <jats:title>Abstract</jats:title>
    <jats:sec>
    <jats:title>Motivation</jats:title>
    <jats:p>Particle tracking is an important step of analysis in a variety of scientific fields and is particularly indispensable for the construction of cellular lineages from live images. Although various supervised machine learning methods have been developed for cell tracking, the diversity of the data still necessitates heuristic methods that require parameter estimations from small amounts of data. For this, solving tracking as a linear assignment problem (LAP) has been widely applied and demonstrated to be efficient. However, there has been no implementation that allows custom connection costs, parallel parameter tuning with ground truth annotations, and the functionality to preserve ground truth connections, limiting the application to datasets with partial annotations.</jats:p>
    </jats:sec>
    <jats:sec>
    <jats:title>Results</jats:title>
    <jats:p>We developed LapTrack, a LAP-based tracker which allows including arbitrary cost functions and inputs, parallel parameter tuning and ground-truth track preservation. Analysis of real and artificial datasets demonstrates the advantage of custom metric functions for tracking score improvement from distance-only cases. The tracker can be easily combined with other Python-based tools for particle detection, segmentation and visualization.</jats:p>
    </jats:sec>
    <jats:sec>
    <jats:title>Availability and implementation</jats:title>
    <jats:p>LapTrack is available as a Python package on PyPi, and the notebook examples are shared at https://github.com/yfukai/laptrack. The data and code for this publication are hosted at https://github.com/NoneqPhysLivingMatterLab/laptrack-optimisation.</jats:p>
    </jats:sec>
    <jats:sec>
    <jats:title>Supplementary information</jats:title>
    <jats:p>Supplementary data are available at Bioinformatics online.</jats:p>
    </jats:sec>

    DOI： 10.1093/bioinformatics/btac799

    Web of Science

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  • Direct Evidence for Universal Statistics of Stationary Kardar-Parisi-Zhang Interfaces 査読

    Iwatsuka, Takayasu, Fukai, Yohsuke T., Takeuchi, Kazumasa A.

    Physical Review Letters   124 ( 25 )   250602 - 250602   2020年6月   （ ISSN:0031-9007 eISSN:1079-7114 ）

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    掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：{American Physical Society}  

    The nonequilibrium steady state of the one-dimensional (1D)
    Kardar-Parisi-Zhang (KPZ) universality class is studied in-depth by exact
    solutions, yet no direct experimental evidence of its characteristic
    statistical properties has been reported so far. This is arguably because, for
    an infinitely large system, infinitely long time is needed to reach such a
    stationary state and also to converge to the predicted universal behavior. Here
    we circumvent this problem in the experimental system of growing liquid-crystal
    turbulence, by generating an initial condition that possesses a long-range
    property expected for the KPZ stationary state. The resulting interface
    fluctuations clearly show characteristic properties of the 1D stationary KPZ
    interfaces, including the convergence to the Baik-Rains distribution. We also
    identify finite-time corrections to the KPZ scaling laws, which turn out to
    play a major role in the direct test of the stationary KPZ interfaces. This
    paves the way to explore unsolved properties of the stationary KPZ interfaces
    experimentally, making possible connections to nonlinear fluctuating
    hydrodynamics and quantum spin chains as recent studies unveiled relation to
    the stationary KPZ.

    DOI： 10.1103/PhysRevLett.124.250602

    arXiv

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    その他リンク： http://harvest.aps.org/v2/journals/articles/10.1103/PhysRevLett.124.250602/fulltext

  • Experimental and Numerical Investigation of Universal Fluctuations in Out-of-Equilibrium Interface Growth 査読

    Yohsuke T. Fukai

    2018年12月

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    掲載種別：学位論文（博士）  

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  • Kardar-Parisi-Zhang Interfaces with Inward Growth. 査読

    Fukai YT, Takeuchi KA

    Physical review letters   119 ( 3 )   030602 - 030602   2017年7月   （ ISSN:0031-9007 ）

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    担当区分：筆頭著者,　責任著者   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：American Physical Society ({APS})  

    We study the $(1+1)$-dimensional Kardar-Parisi-Zhang (KPZ) interfaces growing
    inward from ring-shaped initial conditions, experimentally and numerically,
    using growth of a turbulent state in liquid-crystal electroconvection and an
    off-lattice Eden model, respectively. To realize the ring initial condition
    experimentally, we introduce a holography-based technique that allows us to
    design the initial condition arbitrarily. Then, we find that fluctuation
    properties of ingrowing circular interfaces are distinct from those for the
    curved or circular KPZ subclass and, instead, are characterized by the flat
    subclass. More precisely, we find an asymptotic approach to the Tracy-Widom
    distribution for the Gaussian orthogonal ensemble and the $\text{Airy}_1$
    spatial correlation, as long as time is much shorter than the characteristic
    time determined by the initial curvature. Near this characteristic time,
    deviation from the flat KPZ subclass is found, which can be explained in terms
    of the correlation length and the circumference. Our results indicate that the
    sign of the initial curvature has a crucial role in determining the universal
    distribution and correlation functions of the KPZ class.

    DOI： 10.1103/PhysRevLett.119.030602

    PubMed

    arXiv

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講演・口頭発表等

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所属学協会

  • 日本生物物理学会

    2025年11月 - 現在

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  • 日本分子生物学会

    2023年10月 - 現在

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  • 日本物理学会

    2015年7月 - 現在

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 長鎖クロマチンの3D構造観察に基づく物理モデル推定

    研究課題/領域番号：JPMJAX24LF  2024年9月 - 2027年3月

    科学技術振興機構   戦略的な研究開発の推進 戦略的創造研究推進事業 ACT-X  

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    担当区分：研究代表者  資金種別：科研費以外の競争的資金

  • オミックス計測技術から比較する、細胞内と人工環境のヒストンリサイクリング動態

    研究課題/領域番号：25K24823  2024年4月 - 2027年3月

    科学研究費助成事業  学術変革領域研究(B)

    三浦 尚, 大野 雅恵, 深井 洋佑

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    資金種別：科研費

    真核生物のD N A 複製では、鋳型D N A 鎖上のヒストンが新生DNA鎖へ再利用され、クロマチン状態は細胞分裂を経て娘細胞へ継承される。近年、次世代シーケンス（N G S）技術を用いたオミックス解析により、このヒストンリサイクリング動態の理解が進んだ。その一方で、従来のN G S 解析は細胞内動態の記述にとどまることが多く、分子機構の解明には課題が残る。そこで本研究では、再構成した人工染色体D N A 複製系にオミックス計測技術を組み合わせ、細胞内と人工環境下の比較から、ヒストンリサイクリング動態を再現する最小要素を明らかにし、エピゲノム継承の基本原理に迫る。

    CiNii Research

  • 長鎖クロマチンの再構成・一分子観察で探る修飾パターン依存的な構造と機能

    研究課題/領域番号：22K14016  2022年4月 - 2026年3月

    科学研究費助成事業  若手研究

    深井 洋佑

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    資金種別：科研費

    化学修飾依存的なヌクレオソーム間の相互作用がクロマチン構造形成に重要な役割を果たすという視点が広く認められていること、高分子物理学的な視点が大規模構造の理解に重要であると考えられることを踏まえ、研究代表者らは、ヌクレオソーム修飾のパターンを自在に制御した長鎖クロマチンの再構成系を初めて構築した。本研究では、この再構成クロマチンの様々な条件での一分子観察を通して、修飾パターン依存的な構造・動態の変化や力学的特性・修飾の変化による非平衡ダイナミクスを明らかにすることを目指す。

    CiNii Research

  • オミックス計測技術から比較する、細胞内と人工環境のヒストンリサイクリング動態

    研究課題/領域番号：24H00886 

    三浦 尚, 大野 雅恵, 深井 洋佑

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    資金種別：科研費

    真核生物のD N A 複製では、鋳型D N A 鎖におけるヒストンがリーディング鎖およびラギング鎖に再利用され、クロマチンは細胞分裂後の娘細胞に受け継がれる。最近、次世代シーケンス（N G S）技術を用いたオミックス解析により、このヒストンリサイクリング動態が明らかにされた。しかし、従来のN G S 解析では、主に細胞内の動態に関する記述的研究が行われ、分子機構の解明には多くの課題がある。そのため、本研究では、再構成した人工染色体のD N A 複製系において、オミックス計測技術を活用し、細胞内（in vivo）と人工環境（in vitro）におけるヒストンリサイクリング動態の類似点や相違点を明らかにする。

    CiNii Research