| Project/Area Number |
23K18141
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 44:Biology at cellular to organismal levels, and related fields
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
池ノ内 順一 九州大学, 理学研究院, 教授 (10500051)
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| Project Period (FY) |
2023-06-30 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | 生体膜 / スフィンゴミエリン / コレステロール / 可視化 / 膜流動性 / ソルバトクロミック色素 / タイトジャンクション / ラフト |
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| Outline of Research at the Start |
細胞膜には多様な脂質分子が存在するが、それらの脂質分子が膜として集合体を作ったときに、どのような膜の物性を示すかを調べる方法論は限られている。形質膜の秩序性や流動性は、膜タンパク質の自由拡散速度や自己会合状態に影響を及ぼすため、細胞膜構造のような超分子複合体の形成メカニズムを理解する上で、非常に重要なパラメーターであるが、解析手法の確立が遅れている。このような背景を踏まえて、本研究提案において、ピレン骨格色素に代表される環境依存性プローブを改変することで生体膜の不均一性の可視化するプローブを開発し、細胞膜の局所的な流動性の違いを可視化する方法論の確立に取り組む。
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体膜を構成する脂質分子種は数千種類に及ぶ。生体膜において、これらの脂質分子種が時空間的に不均一に分布することが、多様な細胞内機能に関わると考えられている。人工脂質二重膜において、スフィンゴ脂質やコレステロールは、秩序性の高い膜領域を形成し、他の膜領域と相分離する性質を示す。しかしながら、実際に、生細胞の形質膜の物性が、領域ごとによって不均一であるかについては、解析する手法が存在しないため未解明である。
私たちの研究室では、これまで一貫して、上皮細胞の細胞膜構造に着目して、細胞生物学および脂質生化学の研究を進めてきた。これまでに、外界との物質交換に関わる微絨毛や上皮細胞のバリア機能を担う細胞間接着装置タイトジャンクションなどの細胞膜構造において、スフィンゴミエリンやコレステロールなどの脂質が集積していることを報告している（Ikenouchi et al. J Cell Sci 2013, Shigetomi et al. J Cell Biol 2018、Shigetomi et al. PNAS 2023）。細胞膜構造の形成メカニズムを考えるうえで、このような脂質の集積は膜の物性の局所的変化を引き起こし、それにより膜タンパク質の自己集合状態や細胞骨格との相互作用に影響を及ぼすと考えられるが、直接的にこれらの細胞膜構造において膜の物性が変化していることを示すことは出来ていない。
今年度は、共同研究者の東京工業大学の小西玄一先生が新たに作出された、膜環境の秩序性に応じて蛍光特性を変化させるソルバトクロミック色素FπCMを用いて、細胞分裂の過程や上皮細胞を観察することによって、膜秩序性の変化のライブイメージング観察に取り組んだ。
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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
膜環境の秩序性に応じて蛍光特性を変化させるソルバトクロミック色素FπCMは、これまでに使用されていたラウルダンなどの既存のソルバトクロミック色素に比べて細胞毒性、光毒性が少なく、長期間の生命現象をライブイメージング観察可能であることが明らかになった。
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| Strategy for Future Research Activity |
ソルバトクロミック色素の多くは、脂溶性で形質膜のみならず細胞内膜にも移行し、上皮細胞の膜領域に応じた膜秩序性の変化を検出することが困難である。ソルバトクロミック色素の局在性を制御する方法論を確立し、今後は細胞膜の局所の膜流動性の変化を捉えることを目指す。
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