Physical mechanisms of the role of cholesterol in envelope virus infection membrane fusion process
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22K03541
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13040:Biophysics, chemical physics and soft matter physics-related
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
高橋 浩 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (80236314)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
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| Keywords | コレステロール / 膜融合 / リン脂質膜 / エンベロープウイルス / 逆ミセル様構造 / 生体膜モデル / 膜間相互作用 / ホスファチジルエタノールアミン / 脂質膜 |
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| Outline of Research at the Start |
新型コロナなどのエンベロープウイルスは、細胞と同様に脂質からなる膜に覆われている。ウイルスのこの膜とヒトや動物の細胞膜が融合することで感染が始まる。
臨床データから、ウイルス感染しやすさと細胞膜中のコレステロール濃度が関連すると指摘されている。コレステロールは、膜の物理的性質を調整する。コレステローによるどのような物理的性質の変化がウイルス感染に影響するかを、モデル系の実験から調べるのが本研究である。
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| Outline of Annual Research Achievements |
高脂血症は新型コロナウイルス(SARS-Cov2)感染症の危険因子であるが、ステロール低下薬スタチン服用者は、重症化率、死亡率が低いとの報告がなされた。in vitro実験では、膜からコレステロール（Chol）を引き抜くとSARS-Cov2の培養ヒト細胞への感染が抑制された。他のエンベロープウイルス感染でもChol量が影響する。感染には、エンベロープ膜（脂質膜）と細胞膜の融合が必要である。
これらのことに基づき、膜融合においてChol分子の物理的性質がどう関与するかを生体膜モデル系で探求することを着想した。これが研究の目的である。
膜融合が起こるためには、膜同士が接近し互いの膜が接触する必要がある。膜間に強い反発作用があると膜同士の接触は実現しない。まず、リン脂質ホスファチジルエタノールアミン（POPE）からなるモデル膜に、CholとおよびコCholの前駆体であるラノステロール(Lan)を添加し、両ステロールがPOPE膜の膜間相互作用にどう影響するかを調べることに着手した。調べられた濃度範囲は、まだ狭いが、CholとLanで差が認められた。
膜融合過程においては、逆ヘキサゴナル相類似の逆ミセル様構造が形成することが指摘されている。核磁気共鳴法による先行研究で、CholをPOPEに添加した場合、ラメラ相から逆ヘキサゴナル相転移温度は、低濃度では低下するが、20mol%を境に高濃度になると、逆に上昇するとされていたが、熱測定により、この現象を確認した。膜融合に逆ヘキサゴナル相形成やコCholが関与するのであるならば、膜融合に最適なChol濃度割合が存在することが示唆される。
関連する業績として、Cholと同様にセラミド(Cer)もPOPEのラメラ-逆ヘキサゴナル相転移に影響を与える。過去に取ったCer・POPE系データを再解析した結果を論文として発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
相転移挙動から調べる方向は、順調に研究を遂行できている。
膜間相互作用に関しては若干当初の計画よりは遅れている。コレステロール（Chol）と、その生合成過程の前駆体であるラノステロール（Lan）で膜間相互作用を比較する測定を行っている。両者でその差を調べる理由は、次のようなものである。エンベロープウイルスは、哺乳動物に感染する。Lanは、哺乳動物の細胞膜には、ほどんど存在しない。その観点から、Cholが本質的であるかをはっきりさせるために、まず膜間相互作用に対するCholとLanの効果の比較を行っている。「研究実績の概要」の部分で「調べられた濃度範囲は、まだ狭い」と書いたが、その原因は、これまでのサンプル調製方法では、リン脂質とLanの親和性が悪く、均一なサンプル調製が難しく、Lanが高濃度の場合ではデータが現時点では、取れていない。このことへの対処方針は、「今後の研究の推進方策」で述べる。
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| Strategy for Future Research Activity |
相転移挙動は、これまで主に熱測定によって調べてきているが、今後、膜環境敏感型の蛍光プローブを用いた蛍光測定データをサンプルの温度を、変えながら取得し解析することも行う予定である。熱測定のように転移エンタルピーの情報は得られないが、水和や炭化水素鎖の運動状態に関する情報が得られるため、これらの情報と合わせて解析を進める。
リン脂質とLanの親和性が低く均一なサンプル調製が難しく、Lanが高濃度の場合でデータが取れていない状況であったが、文献を調査した結果、有機溶媒としてシクロヘキサンを使用するとサンプル調製が上手く行くと報告している論文を見出すことができた。この方法でサンプルを用意して、ステロール濃度が高い場合に対しても膜間相互作用を解析できる精密なデータの取得に努める。
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Report
(1 results)
Research Products
(6 results)
