生体小分子の化学構造と生理機能を結ぶ弱い分子間相互作用の記述

• Project/Area Number: 21655062
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Chemistry related to living body
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 村田 道雄 大阪大学, 大学院・理学研究科, 教授 (40183652)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000); Fiscal Year 2010: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2009: ¥1,600,000 (Direct Cost: ¥1,600,000)
• Keywords: 脂質二重膜 / イオン透過性チャネル / 自己会合体 / 脂質ラフト / 分子複合体 / スフィンゴミエリン / コレステロール / 膜タンパク質 / アンフォテリシンB

Research Abstract

生命現象は、生体分子間の弱い相互作用によって支えられていることが多い。例えば、膜を構成する脂質は一義的な化学構造を有する小分子化合物であるが、その集合体である脂質二重膜は特徴的な生物機能を有している。本年度の本研究は昨年度に引き続き、弱い相互作用を官能基ペアーと機能配座に基づく記述法を検討した。実験的には、脂質分子のNMRを測定することによって配座の解析を進めた。
本年度の研究では、脂質問の相互作用にかかわる官能基ペアーと機能配座を解明するために、スフィンゴミエリン(SM)の分子間相互作用を、固体NMR測定によって精査した。その結果、脂質ラフトが形成される条件において、SM分子の自由度は顕著に減少していることを初めて明らかにした。さらに、分子間相互作用に必要な水素結合形成に有利な配座を取ること、また、官能基ペアーとしては、水素結合供与体と受容体の両方として働くアミド基が最も重要であることを明らかにした。さらに、これらの結果を計算化学的に検証することに成功した。
次に、これらの相互作用を詳細に解析するために水溶性を向上させたコレステロール誘導体の合成を試みた。その結果、3位ヒドロキシ基にポリエチレングリコールを導入した誘導体が、脂質ラフトを比較的良好に再現することを見出した。この誘導体によりて、脂質二重膜のモデル系を用いた高分解NMR測定が可能となった。すなわち、通常のリボソーム膜では不可能であった水素核NMRスペクトルが、コレステロール誘導体を含む膜系で可能になるので、膜結合状態における脂質分子の活性配座解明が飛躍的に進亀むことが期待される。

Research Products

• [Journal Article] Conformations of spermine in ATP complex : The structural basis for weak bimolecular interactions of major cellular electrolytes. (2011)
  • Author(s): Maruyoshi, M., Yamaguchi, T., Demura, T., Matsumori, N., Oishi, T., Murata, M.
  • Journal Title: Chem.Eur.J. Volume: 17(未定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lysine Proximity Significantly Affects Glycation of Lysine-Containing Collagen Model Peptides. (2011)
  • Author(s): Kitamura, A.; Matsui, M.; Konoki, K.; Matsumori, N.; Murata, M.; Kawakami, T.; Aimoto
  • Journal Title: S.Bioorg.Med.Chem. Volume: (未定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Conformational change of spermidine upon interacting with ATP in aqueous solution. (2009)
  • Author(s): Maruyoshi, K., Nonaka, K., Sagane, T., Demura, T., Yamaguchi, T., Matsumori, N., Oishi, T., Murata, M.
  • Journal Title: Chem.Eur.J. 15 Pages: 1618-1626
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Surface plasmon resonance-based detection of ladder-shaped polyether by competitive binding method. (2009)
  • Author(s): Mouri, R., Oishi, T., Torikai, K., Ujihara, S., Matsumori, N., Murata, M., Oshima, Y.
  • Journal Title: Bioorg.Med.Chem.Lett. 19 Pages: 2824-2828
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Maitotoxin-photoactive probe binds to membrane proteins in erythrocyte membrane. (2009)
  • Author(s): Konoki, K., Hashimoto, M., Honda, K., Tachibana, K., Hasegawa, F., Tamate, R., Oishi, T., Murata, M.
  • Journal Title: Heterocyles 79 Pages: 1007-1017
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 分子複合体としての脂質二重膜 (2010)
  • Author(s): 村田道雄
  • Organizer: FIBER UECTURE
  • Place of Presentation: 甲南大学(兵庫県)(招待講演)
  • Year and Date: 2010-07-03
• [Presentation] Interaction between marine polyether toxins and peptides (2009)
  • Author(s): Michio Murata
  • Organizer: Center for Marine Natural Products and Drug Discovery
  • Place of Presentation: Seoul (KOREA)
  • Year and Date: 2009-09-13
• [Remarks]
  • URL: http://www.chem.sci.osaka-u.ac.jp/lab/murata/research/index.htm
• [Remarks]
  • URL: http://www.chem.sci.osaka-u.ac.jp/lab/murata/research/index.htm