自己組織性蛋白質と脂質二重膜のダイナミックな相互作用の直接観察と動力学的解析

• Project Area: Creation of non-equilibrium soft matter physics: Structure and dynamics of mesoscopic systems
• Project/Area Number: 21015010
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 瀧口 金吾 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助教 (20262842)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 木下 専 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 教授 (30273460) ; 梅田 民樹 神戸大学, 大学院・海事科学研究科, 准教授 (90243336)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥7,400,000 (Direct Cost: ¥7,400,000); Fiscal Year 2010: ¥3,700,000 (Direct Cost: ¥3,700,000); Fiscal Year 2009: ¥3,700,000 (Direct Cost: ¥3,700,000)
• Keywords: 巨大人工膜小胞(リポソーム) / 細胞骨格 / 生体膜形態制御 / 光学顕微鏡 / 電子顕微鏡 / リアルタイムイメージング

Research Abstract

細胞や細胞内小器官は、脂質二重膜を基本構造に持つ生体膜によって区画されその機能を維持している。生体膜の形態調節や変形、移動運搬は膜と相互作用する細胞骨格線維をはじめとする蛋白質によって制御されると考えられているが、その詳しい機構はまだ分かっていない。本研究では、神経シナプスのスパインや細胞分裂時の分裂溝に存在するセプチンを膜小胞に添加すると激しい膜突起形成が生じることを明らかにした。
以上のように新たに発見されたセプチンの様な蛋白質による膜突起形成機構を理解するために、線維形成といった異方性を持つ蛋白質の膜への結合の効果を組込んだ膜弾性モデルを使用して、膜小胞の形状変化過程を解析した。膜の曲げエネルギーが、結合した蛋白質の密度およびその配向に応じて決定されるモデルから計算された結果は、膜周囲の溶液中に充分量の蛋白質が存在すると、突起が小胞から伸長することを示し、実験結果を良く再現した。
ところで、細胞分裂時に膜変形力を発生する細胞膜直下の蛋白質ネットワークのうち、これまではアニリンが膜に直接会合すると考えられていた。この仮説を検証するために、人工リン脂質膜と組み換え蛋白質を用いた実験を行った結果、セプチンとは異なりアニリンは直接膜とは相互作用しないことが明らかとなり、細胞膜-セプチン-アニリンという分子構築が示唆された。アニリンは細胞骨格アクチンおよび分子モーターのミオシンへの連結を担うと考えられる。

Research Products

• [Journal Article] Cooperation between giant DNA molecules and actin filaments in a microsphere. (2010)
  • Author(s): Makiko Negishi, (他3名)
  • Journal Title: Physical Review E Volume: 81
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Quantitative evaluation of injected molecules into phospholipid-coated micro-droplets for in-situ biological reactions. (2010)
  • Author(s): Nakajima Masayuki, (他7名)
  • Journal Title: Journal of Robotcs and Mechatronics Volume: 22 Pages: 651-658
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Construction of Cell-Sized Liposomes Encapsulating Actin and Actin-Crosslinking Proteins. (2009)
  • Author(s): Takiguchi K.
  • Journal Title: Methods in Enzymology 464 Pages: 31-53
• [Presentation] Real-time observation of proteininduced robust tubulation of giant vesicle (2011)
  • Author(s): Kingo Takiguchi
  • Organizer: 7th Asian Biophysics Association Symposium & Annual Meeting of the Indian Biophysical Society
  • Place of Presentation: India Habitat Center, Lodi Road, New Delhi
  • Year and Date: 2011-01-30
• [Presentation] Reconstruction of motile actin networks in giant liposomes (2010)
  • Author(s): Kingo Takiguchi, (他4名)
  • Organizer: 2010 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science
  • Place of Presentation: 名古屋大学野依カンファレンスホール
  • Year and Date: 2010-11-09
• [Presentation] 巨大リボソームを用いた蛋白質による月旨質膜変形過程の直観察 (2010)
  • Author(s): 瀧口金吾
  • Organizer: 第65回日本物理学会(シンポジウム、招待)
  • Place of Presentation: 岡山大学津山キャンパス
  • Year and Date: 2010-03-20
• [Presentation] Septin-lnduced Robust Membrane Tubulation (2009)
  • Author(s): 瀧口金吾
  • Organizer: 第47回日本生物物理学会(シンポジウム)
  • Place of Presentation: アスティ徳島
  • Year and Date: 2009-10-30
• [Presentation] Morphogenesis of Giant liposome by Septin, GTP-Binding Polymerizing Proteins. (2009)
  • Author(s): 瀧口陽子
  • Organizer: 第61回日本細胞生物学会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2009-06-02
• [Book] 自己組織化ハンドブック (2009)
  • Author(s): 瀧口金吾
  • Publisher: エヌ・ティー・エス(担当)
• [Remarks]
  • URL: http://bunshi4.bio.nagoya-u.ac.jp/~4takiguchiy/liposome-group/lipo-frame.html
• [Remarks]
  • URL: http://bunshi4.bio.nagoya-u.ac.jp/~4takiguchiy/liposom,e-group/lipo-frame.html