時間分解蛍光・中性子小角散乱法を用いた膜脂質ダイナミクスの制御メカニズムの解明

• Project/Area Number: 20050017
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 中野 実 京都大学, 薬学研究科, 准教授 (70314226)
• Project Period (FY): 2008 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2009: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2008: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: 脂質ナノディスク / アポリポタンパク質 / HDL / リン脂質 / 中性子散乱 / 蛍光 / ベシクル / ペプチド

Research Abstract

脂質ナノディスクの構造とダイナミクス
脂質ナノディスクはリン脂質とアポリポタンパク質A-Iとの複合体であり、生体内で見られる新生HDLと同じ構造をもち、薬物のキャリアとしての応用も検討されているナノ粒子である。dimyristoylphosphatidylcholine(DMPC)を構成脂質とするナノディスクについて中性子小角散乱及び栄光法によって構造評価を行ったところ、ナノディスク中のDMPCはベシクル中に比べ、密に充填されていることが明らかになった。脂質のナノディスク間移動速度をTR-SANSによって評価したところ、ベシクル間移動よりも約40倍も促進されており、しかもエントロピーの増加を伴うことが判明した。すなわち、脂質の高密度の充填が、膜のエントロピーの低下をもたらし、脂質の膜解離プロセスを有利にすることが明らかとなった。
脂質ナノディスクの構造変化
Palmitoyloleoylphosphatidylcholine(POPC)のような不飽和リン脂質でナノディスクを調製すると、脂質/タンパク質比に応じて大きさの異なる3種類の粒子(流体力学的直径9.5-9.6nm、8.8-9.0nm、7.8-7.9nm)が得られることが判明した。小さい2種類のナノティスクはDMPCなの飽和リン脂質膜や、コレステロールを高濃度含む膜からは生成しなかった。Dipyrenyl-PCのエキシマー蛍光とdansyl-PEの蛍光寿命から、小さい粒子では大きい粒子に比べ、アシル鎖領域の側方圧の減小と脂質頭部付近のパッキングの上昇が生じていることが判明した。これらの結果より、大きい(9.5nm)ナノディスクの脂質二重層は平面構造をとるのに対し、小さいナノディスクでは鞍状曲面を形成することが明らかとなった。

Research Products

• [Journal Article] Flip-Flop of Phospholipids in Vesicles : Kinetic Analysis with Time-Resolved Small-Angle Neutron Scattering (2009)
  • Author(s): M.Nakano, M.Fukuda, T.Kudo, N.Matsuzaki, T.Azuma, K.Sekine, H.Endo, T.Handa
  • Journal Title: J.Phys.Chem.B Volume: 113 Pages: 6745-6748
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Static and Dynamic Properties of Phospholipid Bilayer Nanodiscs (2009)
  • Author(s): M.Nakano, M.Fukuda, T.Kudo, M.Miyazaki, Y.Wada, N.Matsuzaki, H.Endo, T.Handa
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. Volume: 131 Pages: 8308-8312
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Smaller Discoidal High-Density Lipoprotein Particles Form Saddle Surfaces, but Not Planar Bilayers (2009)
  • Author(s): M.Miyazaki, M.Nakano, M.Fukuda, T.Handa
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 48 Pages: 7756-7763
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthetic Pentapeptides Inhibiting Autophosphorylation of Insulin Receptor in a Non-ATP-Competitive Mechanism (2009)
  • Author(s): M. Kato, M. Abe, Y. Kuroda, M. Hirose, M. Nakano, T. Handa
  • Journal Title: J. Pept. Sci. 15 Pages: 327-336
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Role of the N- and C-terminal Domains in Binding of Apolipoprotein E Isoforms to Heparan Sulfate and Dermatan Sulfate : A Surface Plasmon Resonance Study (2008)
  • Author(s): Y. Yamauchi, N. Deguchi, C. Takagi, M. Tanaka, P. Dhanasekaran, M. Nakano, T. Handa, M. C. Phillips, S. Lund-Katz, H. Saito
  • Journal Title: Biochemistry 47 Pages: 6702-6710
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Contormational Change of Apolipoprotein A-I and HDL Formation from Model Membranes under Intracellular Acidic Conditions (2008)
  • Author(s): M. Fukuda, M. Nakano, M. Miyazaki, M. Tanaka, H. Saito, S. Kobayashi, M. Ueno, T. Handa
  • Journal Title: J. Lipid Res. 49 Pages: 2419-2426
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cytotoxicity of lipid-free apolipoprotein B (2008)
  • Author(s): S. Morita, Y. Deharu, E. Takata, M. Nakano, T. Handa
  • Journal Title: Biochim. Biophys. Acta 1778 Pages: 2594-2603
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 中性子小角散乱による脂質ナノディスクの構造とダイナミクスの評価 (2009)
  • Author(s): 中野実
  • Organizer: 第58回高分子討論会
  • Place of Presentation: 熊本
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] ディスク状脂質/apoA-I複合体の構造と脂質移動速度の評価 (2009)
  • Author(s): 中野実
  • Organizer: 第51回日本脂質生化学会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2009-07-30
• [Presentation] 中性子小角散乱のリン脂質膜への適用～構造とダイナミクス～ (2009)
  • Author(s): 中野実
  • Organizer: 中性子バイオ・ソフトマターサイエンスワークショップ
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2009-07-07
• [Presentation] 脂質ナノディスクの構造と脂質移動速度の評価 (2009)
  • Author(s): 中野実
  • Organizer: 日本膜学会第31年会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2009-05-21
• [Presentation] Lipid Transfer Dynamics in Nanoparticle Systems (2008)
  • Author(s): Minoru Nakano
  • Organizer: Jueich Soft Matter Days 2008
  • Place of Presentation: Bonn (Germany)
  • Year and Date: 2008-11-12
• [Presentation] 中性子小角散乱を用いた膜脂質のダイナミクス評価 (2008)
  • Author(s): 中野実
  • Organizer: IAP環境技術フォーラム
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2008-06-01
• [Presentation] Evaluation or Interveszcular Transfer and Flip-Flop of Phospholipids by Time-Resolved Small-Angle Neutron Scattering (2008)
  • Author(s): Minoru Nakano
  • Organizer: 17th Advanced Particle Handling Science Seminar
  • Place of Presentation: Kyoto
  • Year and Date: 2008-04-12
• [Remarks]
  • URL: http://www.pharm.kyoto-u.ac.jp/seizai/