リポソーム融合の光マニピュレーション

• Project/Area Number: 20034021
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Japan Advanced Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 濱田 勉 Japan Advanced Institute of Science and Technology, マテリアルサイエンス研究科, 助教 (40432140)
• Project Period (FY): 2008 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2009: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000); Fiscal Year 2008: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
• Keywords: リポソーム / 生体膜 / 光操作

Research Abstract

生体システムの興味深い特性として、ナノスケールでの分子デザインがメゾスケール構造変化を誘起することがあげられる。我々はこれまでに、リン脂質に光感受性アゾ脂質を混合した2成分リポソーム系において、アゾ脂質の光異性化反応により、リポソーム形態を可逆的に光制御することに成功している。今回、同アゾ脂質を用いて、膜孔形成に代表されるリポソームのトポロジー変化を光制御することに成功した。Trans体のアゾ脂質から成る膜はdisc型の「開いた」膜構造をとり、cis体への異性化によりsphere型の「閉じた」膜構造に変化する。膜の縁ゆらぎの画像解析により、光異性化反応に伴いline tensionが一桁変化することが分かった。すなわち、リポソームの光誘起開閉メカニズムは、line tensionの光スイッチである。また、この膜システムを用いて、リポソーム内へのコロイドの包摂・放出制御にも成功した。このリポソームのトポロジー変化は、膜融合に必須のプロセスであり、融合制御系に向けた基礎的技術を得ることが出来た。
また、膜融合が可能な新規の細胞モデル系として、W/O液滴の構築を行った。リン脂質コートW/O液滴界面において、相分離構造(ラフト様ドメイン)を形成することに成功した。様々なオイル種におけるドメイン形成率を測定し、安定な相分離ドメイン構造を有するW/O液滴システムを構築した。また、界面における分子吸着測定として、アミロイドβペプチドの膜局在を観察した。結果、アミロイドβペプチドが秩序液体相(Ld相)に選択的に吸着することが分かった。本成果は、タンパク質-膜間相互作用を検出する新規のシステムとして発展が期待できる。

Research Products

• [Journal Article] Real-time observation of model-membrane dynamics induced by Alzheimer's amyloid beta (2010)
  • Author(s): Masamune Morita, Mun'delanji Vestergaard, Tsutomu Hamada, Masahiro Takagi
  • Journal Title: Biophysical Chemistry 147 Pages: 81-86
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Biomimetic microdroplet membrane interface : detection of the lateral loc alization of amyloid beta peptides (2010)
  • Author(s): Tsutomu Hamada, Masamune Morita, Yuko Kishimoto, Yuuki Komatsu, Mun'delanji Vestergaard, Masahiro Takagi
  • Journal Title: J.Phys.Chem.Lett. 1 Pages: 170-173
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cholesterol, Lipids, Amyloid Beta, and Alzheimer's (2010)
  • Author(s): Mun'delanji Vestergaard, Tsutomu Hamada, Masamune Morita, Masahiro Takagi
  • Journal Title: Current Alzheimer Research 7 Pages: 262-270
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rhythmic pore dynamics in a shrinking lipid vesicle (2009)
  • Author(s): Tsutomu Hamada, Yuichi Hirabayashi, Takao Ohta, Masahiro Takagi
  • Journal Title: Physical Review E 80 Pages: 51921-51921
  • NAID: 120002260320
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamic behaviors of giant liposomes in desired osmotic pressures (2009)
  • Author(s): Masae Ohno, Tsutomu Hamada, Kingo Takiguchi, Michio Homma
  • Journal Title: Langmuir 25 Pages: 11680-11685
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reversible Control of Exo- and Endo-Budding Transitions in a Photosen sitive Lipid Membrane (2009)
  • Author(s): Ken-ichi Ishii, Tsutomu Hamada, Masaomi Hatakeyama, Ryoko Sugimoto, Takeshi Nagasaki, Masahiro Takagi
  • Journal Title: Chem Bio Chem 10 Pages: 251-256
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Artificial-cellular computing (2008)
  • Author(s): Shin-ichiro M. Nomura, Tsutomu Hamada
  • Journal Title: International Journal of Unconventional Computing 5 Pages: 87-102
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The conjugation of diphtheria toxin T domain to poly(ethylenimine)based vectors for enhanced endosomal escape during gene transfection (2008)
  • Author(s): Shinji Kakimoto, Tsutomu Hamada, Yuuki Komatsu, Masahiro Takagi, Toshizumi Tanabe, Hideki Azuma, Seiji Shinkai, and Takeshi Nagasaki
  • Journal Title: Biomaterials 30 Pages: 402-408
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Construction of asymmetric cell-sized lipid vesicles from lipid-coated water-in-oil micro-droplets (2008)
  • Author(s): Tsutomu Hamada, Yoko Miura, Yuuki Komatsu, Yuko Kishimoto, Mun'delanji Vestergaard, Masahiro Takagi
  • Journal Title: J. Phys. Chem. B 112 Pages: 14678-14681
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Detection of Alzheimer's amyloid beta aggregation by capturing molecular trails of individual assemblies (2008)
  • Author(s): Mun'delanji Vestergaard, Tsutomu Hamada, Masato Saito, Yoshifumi Yajima, Motonori Kudou, Eiichi Tamiya, Masahiro Takagi
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun 377 Pages: 725-728
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of Phospholipids on conformational structure of bovine pancreatic trypsin inhibitor (BPTI) and its thermolabile mutants (2008)
  • Author(s): IZUMIKAWA, Naoshige ; NISHIKORI, Shingo ; VESTERGAARD, Mun'delanji ; HAMADA, Tsutomu ; HAGIHARA, Yoshihisa ; YUMOTO, Noboriu ; SHIRAKI, Kentaro ; TAKAGI, Masahiro
  • Journal Title: Biopolymers 89 Pages: 873-880
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 細胞モデル膜小胞におけるアミロイドβペプチドの膜局在検出 (2010)
  • Author(s): 森田雅宗、濱田勉、岸本裕子、小松佑規、Mun'delanji Vestergarrd、高木昌宏
  • Organizer: 日本化学会第90春季年会
  • Place of Presentation: 近畿大学東大阪キャンパス
  • Year and Date: 2010-03-27
• [Presentation] 3TA3-06酸化ストレスによる細胞サイズリポソームの動的構造変化 (2010)
  • Author(s): 依田毅・Vestergaad Mun'delanji濱田勉・小川陽子・吉田康一・高木昌宏
  • Organizer: 日本化学会第90春季年会
  • Place of Presentation: 近畿大学東大阪キャンパス
  • Year and Date: 2010-03-27
• [Presentation] 相分離リボソームの側方圧誘起構造転移 (2010)
  • Author(s): 濱田勉、岸本祐子、高木昌宏
  • Organizer: 日本物理学会・第65回年次大会
  • Place of Presentation: 岡山大学
  • Year and Date: 2010-03-23
• [Presentation] 細胞サイズ膜小胞の構造形成と制御 (2010)
  • Author(s): 濱田勉
  • Organizer: バイオ操作・第8回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 九州大学
  • Year and Date: 2010-03-11
• [Presentation] リボソーム膜構造の光スイッチング (2010)
  • Author(s): 濱田勉、石井健一、杉本涼子、畠山剛臣、長崎健、高木昌宏
  • Organizer: バイオ操作・第8回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 九州大学
  • Year and Date: 2010-03-11
• [Presentation] 酸化ストレスによる細胞モデル膜小胞の動的形態変化 (2009)
  • Author(s): 依田毅, Mun'delaji Vestergaad濱田勉, 小川陽子, 吉田康一, 高木昌宏
  • Organizer: 日本化学会北陸地区研究発表会
  • Place of Presentation: 北陸先端科学技術大学院大学
  • Year and Date: 2009-11-28
• [Presentation] 脂質膜構造形成における静電効果 (2009)
  • Author(s): 網野雅人, 杉本涼子, 濱田勉, 高木昌宏
  • Organizer: 日本化学会北陸地区研究発表会
  • Place of Presentation: 北陸先端科学技術大学院大学
  • Year and Date: 2009-11-28
• [Presentation] アミロイドbペプチドによる脂質膜ダイナミクス (2009)
  • Author(s): 森田雅宗、Mun'delanji Vestergarrd、濱田勉、高木昌宏
  • Organizer: 日本化学会北陸地区研究発表会
  • Place of Presentation: 北陸先端科学技術大学院大学
  • Year and Date: 2009-11-28
• [Presentation] ベシクル膜孔形成の振動現象 (2009)
  • Author(s): 濱田勉、平林祐一、太田隆夫、高木昌宏
  • Organizer: ソフトマター物理・第3回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2009-11-20
• [Presentation] Photochemical control on morphologies of a cell-sized synthetic vesicle (2009)
  • Author(s): Tsutomu Hamada, Ken-ichi Ishii, Ryoko Sugimoto, Takeshi Nagasaki, Masahiro Takagi
  • Organizer: International Symposium on Micro-NanoMehatronics and Human Science (MHS2009)
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2009-11-10
• [Presentation] Model-membrane Morphological Transformations Induced by Different Amyloid Molecular Assemblies. (2009)
  • Author(s): 森田雅宗、Mun'delanji Vestergaard、濱田勉、高木昌宏
  • Organizer: 2009 International Symposium on Micro-Nano Mechat ronics and Human Science
  • Place of Presentation: 名古屋大学・豊田講堂
  • Year and Date: 2009-11-10
• [Presentation] 3TA3-06酸化ストレスによる細胞サイズリポソームの動的構造変化 (2009)
  • Author(s): 依田毅・Vbstergaad Mun'delanji・濱田勉・小川陽子・吉田康一・高木昌宏
  • Organizer: 第47回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 徳島文理大学徳島キャンパス
  • Year and Date: 2009-11-01
• [Presentation] Real-time observation of model-membrane morphological transformations Induced by different amyloid beta molecular assemblies (2009)
  • Author(s): Vestergaad Mun'delanji・森田雅宗・濱田勉・高木昌宏
  • Organizer: 第47回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 徳島文理大学徳島キャンパス
  • Year and Date: 2009-10-30
• [Presentation] リン脂質ベシクルのリズム膜孔形成 (2009)
  • Author(s): 濱田勉、平林祐一、太田隆夫、高木昌宏
  • Organizer: 日本物理学会・2009年秋季大会
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 2009-09-26
• [Presentation] T細胞における脂質ラフトの動的構造変化と活性化 (2009)
  • Author(s): 山口健太郎・白京玉.杉田恵美・濱田勉・高木昌宏
  • Organizer: 生物工学会平成21年度大会
  • Place of Presentation: 名古屋大学東山キャンパス
  • Year and Date: 2009-09-24
• [Presentation] 酸化ストレスによる細胞サイズリポソームの動的構造変化 (2009)
  • Author(s): 依田毅・Vestergaad Mun'delanji・濱田勉・小川陽子・吉田康一・高木昌宏
  • Organizer: 生物工学会平成21年度大会
  • Place of Presentation: 名古屋大学東山キャンパス
  • Year and Date: 2009-09-23
• [Presentation] アミロイドbペプチドによって誘起される細胞モデル膜の動的形態変化 (2009)
  • Author(s): 森田雅宗、Mun'delanji Vestergaard、濱田勉、高木昌宏
  • Organizer: 第24回生体機能関連化学・第12回バイオテクノロジーシンポジウム
  • Place of Presentation: 九州大学医系キャンパス・百年記念講堂
  • Year and Date: 2009-09-15
• [Presentation] 光応答性リボソームの構造制御と転移ダイナミクス (2009)
  • Author(s): 濱田勉、石井健一、杉本涼子、長崎健、高木昌宏
  • Organizer: 第24回生体機能関運化学シンポジウム,第12回バイオテクノロジー部会シンポジウム
  • Place of Presentation: 九州大学
  • Year and Date: 2009-09-14
• [Presentation] 余剰膜面積制御によるベシクル転移ダイナミクス (2009)
  • Author(s): 濱田勉
  • Organizer: ソフトマター物理・第4回領域研究会
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2009-07-01
• [Presentation] アミロイドβによって誘起される膜ダイナミクス (2009)
  • Author(s): 森田雅宗、Mun'delanji Vestergaard濱田勉、高木昌宏
  • Organizer: 特定領域バイオ操作 第四回若手研究者ワークショップ
  • Place of Presentation: 新さっぽろアークシティホテル
  • Year and Date: 2009-06-12
• [Presentation] 酸化ストレスによる細胞サイズリポソームの動的構造変化 (2009)
  • Author(s): 依田毅, Mumdelamji Vestergaard, 濱田勉, 高木昌宏
  • Organizer: 日本化学会第89回春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学理工学部船橋キャンパス
  • Year and Date: 2009-03-30
• [Presentation] アミロイドβペプチドとの相互作用による細胞モデル膜の動的形態変化 (2009)
  • Author(s): 森田雅宗, Vestergaard Mundelanji, 濱田勉, 高木昌宏
  • Organizer: 日本化学会第89回春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学理工学部船橋キャンパス
  • Year and Date: 2009-03-30
• [Presentation] 液滴法による非対称巨大リボソームの構築 (2009)
  • Author(s): 岸本裕子, 小松佑規, 濱田勉, 高木昌宏
  • Organizer: 日本化学会第89回春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学理工学部船橋キャンパス
  • Year and Date: 2009-03-28
• [Presentation] 光による脂質膜形態の可逆的コントロール (2009)
  • Author(s): 石井健一, 濱田勉, 畠山剛臣, 杉本涼子, 長崎健, 高木昌宏
  • Organizer: 日本化学会第89回春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学理工学部船橋キャンパス
  • Year and Date: 2009-03-28
• [Presentation] アミロイドβによって誘起される膜ダイナミクス (2009)
  • Author(s): 森田雅宗, Vestergaard Mundelanji, 濱田勉, 高木昌宏
  • Organizer: 特定領域研究「バイオ操作」第7回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京エレクトロンホール宮城
  • Year and Date: 2009-03-06
• [Presentation] ラフト含有リボソームのエンドサイトーシスと2分子膜非対称性効果 (2009)
  • Author(s): 濱田勉, 三浦陽子, 小松佑規, 高木昌宏
  • Organizer: 特定領域研究「バイオ操作」第7回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京エレクトロンホール宮城
  • Year and Date: 2009-03-06
• [Presentation] Shape transition of cell-sized liposomes : Osmotic stress and oxidatine stress (2008)
  • Author(s): 依田毅, 濱田勉, Mundelanji Vestergaard, 高木昌宏
  • Organizer: Evolution of Complex systems
  • Place of Presentation: 沖縄OISTシーサイドハウス
  • Year and Date: 2008-12-13
• [Presentation] Budding dynamics in multi-component giant liposomes (2008)
  • Author(s): T. Hamada, K. Ishii M. Takagi
  • Organizer: Julich Soft Matter Days 2008
  • Place of Presentation: ドイツボンGustav-Stresemann Iustitut
  • Year and Date: 2008-11-12
• [Presentation] Shape transition of cell-sized liposomes : Osmotic stress and oxidatine stress (2008)
  • Author(s): 依田毅, 濱田勉, 高木昌宏
  • Organizer: JAIST Nano Technology 2008
  • Place of Presentation: 北陸先端科学技術大学院大学ハイテク交流センター
  • Year and Date: 2008-10-24
• [Presentation] アミロイドβタンパク質の凝集と生体模倣モデル膜中の脂質との相互作用 (2008)
  • Author(s): 森田雅宗, Vestergaard Mundelanji, 濱田勉, 高木昌宏
  • Organizer: 第3回バイオ関連化学合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京工業大学すずかけ台キャンパス
  • Year and Date: 2008-09-18
• [Presentation] ラフト含有巨大リポソームによるタンパク質非依存型エンドサイトーシス (2008)
  • Author(s): 濱田勉, 高木昌宏
  • Organizer: 第3回バイオ関連化学合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京工業大学すずかけ台キャンパス
  • Year and Date: 2008-09-18
• [Presentation] Domain-Mediated Endocytic Budding in a Raft-Exhibiting Giant Liposome (2008)
  • Author(s): Tsutomu Hamada Masahiro Takagi
  • Organizer: 3^<rd> International Workshop on Approaches to Sing-Cell Analysis
  • Place of Presentation: ETH Center Main Building(HG) Zurich Switzerland
  • Year and Date: 2008-09-11
• [Presentation] 人工細胞膜の非線形現象 (2008)
  • Author(s): 濱田勉
  • Organizer: HMC研究会「現象と数理解析」
  • Place of Presentation: 金沢大学サテライトプラザ
  • Year and Date: 2008-08-28
• [Presentation] 非対称2分子膜リポソームの構築 (2008)
  • Author(s): 小松佑規, 三浦陽子, 濱田勉, 高木昌宏
  • Organizer: 第60回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学土樋キャンパス
  • Year and Date: 2008-08-28
• [Presentation] リン脂質の構造に依存した膜小胞形態変化のダイナミクス (2008)
  • Author(s): 石井健一, 川口耕平, 濱田勉, 高木昌宏
  • Organizer: 第60回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学土樋キャンパス
  • Year and Date: 2008-08-28
• [Presentation] 脂質ラフトドメインの動的構造と安定性 (2008)
  • Author(s): 山口健太朗, 鈴木えり子, 濱田勉, 高木昌宏
  • Organizer: 第60回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学土樋キャンパス
  • Year and Date: 2008-08-28
• [Presentation] Endo-and exocytic vesiculation of lipid membranes upon photoirradiation (2008)
  • Author(s): K. Ishii T. Hamada M. Hatakeyama T. Nagasaki M. Takagi
  • Organizer: International Symposium on Non-Equilibrium Soft Matter
  • Place of Presentation: 京都大学芝蘭会館
  • Year and Date: 2008-06-03
• [Presentation] 光感受性リポソームの動的形態変化 (2008)
  • Author(s): 石井健一, 濱田勉, 晶山剛臣, 長崎健, 高木昌宏
  • Organizer: 日本膜学会第30年会
  • Place of Presentation: 東京理科大学森戸記念館
  • Year and Date: 2008-05-16
• [Presentation] Experimental study of an artificial biomembrane : morphological transition and oscillatory motion (2008)
  • Author(s): T. Hamada
  • Organizer: Workshon on NonlinearDynamics and Applications
  • Place of Presentation: 北陸先端科学技術大学院大学
  • Year and Date: 2008-04-30
• [Book] シングルセル解析の最前線、第3章-3、細胞模倣非対称2分子膜リボソームの構築 (2009)
  • Author(s): 濱田勉, 小松佑規, 高木昌宏
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Book] 生物物理、Vol.49、細胞サイズリポソームの新しい作成法とその応用 (2009)
  • Author(s): 濱田勉, 小松佑規, 高木昌宏
  • Publisher: 日本生物物理学会
• [Patent(Industrial Property Rights)] 光応答性リボソーム及び光応答性リボソームを利用した物質の運搬方法 (2010)
  • Inventor(s): 濱田勉、高木昌宏、長崎健
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人北陸先端科学技術大学院大学
  • Industrial Property Number: 2010-042688
  • Filing Date: 2010-02-26
• [Patent(Industrial Property Rights)] マイクロ液滴の作製方法 (2009)
  • Inventor(s): 濱田勉、高木昌宏、小松佑規
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人北陸先端科学技術大学院大学
  • Industrial Property Number: 2009-234643
  • Filing Date: 2009-10-08