脂質膜の過渡的相分離過程における構造・物性とその機構

• Project Area: Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
• Project/Area Number: 21107530
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Toyohashi University of Technology (2010); Institute for Molecular Science (2009)
• Principal Investigator: 手老 龍吾 豊橋技術科学大学, エレクトロニクス先端融合研究所, 特任助教 (40390679)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000); Fiscal Year 2010: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2009: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: 脂質 / 細胞膜 / AFM / 蛍光顕微鏡 / 1分子計測

Research Abstract

脂質二重膜は細胞膜の基本骨格であり、「ラフト」に代表される脂質膜内でのドメインの形成と解消を通して細胞膜反応の反応場を提供している。ガングリオシドGM1(GM1),スフィンゴミエリン(SM),コレステロール(chol)からなる支持平面脂質二重膜(SPLB)では基板材料に依存した特異的な相分離構造が観察され、マイカ上では基板表面周期構造を反映した三角形ドメインが形成される。GM1はアルツハイマー病発症の要因であるアミロイドβ(Aβ)繊維伸張反応の種として働くことが報告されており、我々はGM1+SM+chol(20:40:40)-SPLB上でのAβ繊維伸張反応活性がマイカとSiO_2/Si表面上で大きく異なることを見出している。これら二種類の基板表面における、サブミクロン領域におけるGM1の分子拡散挙動・凝集状態と反応活性の関連を明らかにするため、平成22年度はマイカ表面上SPLBにおける一分子蛍光追跡(SMT)法を試みた。一般的に用いられる天然マイカでSMT計測を行うことが困難であったため、合成マイカ基板を用いた上で水中劈開して蛍光汚染を防ぐことで、斜入射照明法によるSMT計測を十分なS/N比で行うことができるようになった。また、フォスファチジルコリン(PC)+chol-SPLBを用いて、最大2000fpsの高速観察を行うことにより、50nm-数μmの空間スケールにおいて脂質分子拡散係数の時間・空間スケール依存性を可視化するための実験系を確立した。

Research Products

• [Journal Article] 酸化物基板表面上の支持平面脂質二重膜内でのドメイン形成と分子拡散挙動のその場観察 (2011)
  • Author(s): 手老龍吾
  • Journal Title: 膜 Volume: 36 Pages: 16-23
  • NAID: 10029601592
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Surface-induced phase separation of a sphingomyelin/cholesterol/ganglioside GM1-planar bilayer on mica surfaces and microdomain molecular conformation that accelerates Aβ oligomerization (2010)
  • Author(s): Y.Mao, Z.Shang, Y.Imai, T.Hoshino, R.Tero, M.Tanaka, N.Yamamoto, K.Yanagisawa, T.Urisu
  • Journal Title: Biochim.Biophys.Acta Volume: 1798 Pages: 1090-1099
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Clustering effects of GM1 and formation mechanisms of interdigitated liquid disordered domains in GM1/SM/CHOL-supported planar bilayers on mica surfaces (2010)
  • Author(s): Z.Shang, Y.Mao, R.Tero, X.Liu, T.Hoshino, M.Tanaka, T.Urisu
  • Journal Title: Chem.Phys.Lett. Volume: 497 Pages: 108-114
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 酸化物表面上での脂質二重膜の形状変化・相分離への表面力と光照射の影響 (2010)
  • Author(s): 手老龍吾
  • Journal Title: 機能材料 Volume: 30 Pages: 63-68
• [Journal Article] Surface-induced phase separation of a sphingomyetin/cholesterol/ganglioside GM1-planar bilayer on mica surfaces and microdomain molecular conformation that accelerates Aβ oligomerization (2010)
  • Author(s): Y.Mao, Z.Shang, Y.Imai, T.Hoshino, R.Tero, M.Tanaka, N.Yamamoto, K.Yanagisawa, T.Urisu
  • Journal Title: Biochim.Biophys.Acta (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Shape transformation of adsorbed vesicles on oxide surfaces : Effect of substrate material and photo-irradiation (2009)
  • Author(s): R.Tero, T.Ujihara, T.Urisu
  • Journal Title: Trans.Mater.Res.Soc.Jpn. 34 Pages: 183-188
  • NAID: 130005003953
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Local Condensation of Artificial Raft Domains under Light Irradiation in Supported Lipid Bilayer of PSM-DOPC-Cholesterol System (2009)
  • Author(s): T.Ujihara, S.Suzuki, Y.Yamauchi, R.Tero, Y.Takeda
  • Journal Title: Trans.Mater.Res.Soc.Jpn. 34 Pages: 179-182
  • NAID: 130005003952
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of Applied Voltage on the Size of Phase-Separated Domains in DMPS-DOPC Lipid Binary Bilayers Supported on SiO_2/Si Substrates (2009)
  • Author(s): Y.Yamauchi, T.Ujihara, R.Tero, Y.Takeda
  • Journal Title: Trans.Mater.Res.Soc.Jpn. 34 Pages: 217-220
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 支持膜～固体表面に支持した脂質二重膜～ (2009)
  • Author(s): 古川一暁, 並河英紀, 村越敬, 森垣憲一, 手老龍吾
  • Journal Title: 表面科学 30 Pages: 207-218
  • NAID: 10024945521
  • Peer Reviewed
• [Presentation] フォスファチジルイノシトール含有支持平面脂質二重膜の作製と構造観察 (2011)
  • Author(s): 手老龍吾
  • Organizer: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 神奈川工科大学(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-03-24
• [Presentation] Single Molecule Tracking in Supported Lipid Bilayers on Oxide Surfaces : Effect of Substrate Nanostructures on Lipid Diffusion (2011)
  • Author(s): R.Tero, G.Sazaki, T.Ujihara, T.Urisu
  • Organizer: 6th International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics
  • Place of Presentation: 仙台国際センター(宮城県)(Poster)
  • Year and Date: 2011-03-16
• [Presentation] Hierarchic Lipid Diffusion in Supported Lipid Bilayers on Oxide Surfaces (2010)
  • Author(s): R.Tero, G.Sazaki, T.Ujihara, T.Urisu
  • Organizer: The 2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifi Chem2010)
  • Place of Presentation: シェラトンワイキキ(米国ハワイ州)(Oral)
  • Year and Date: 2010-12-18
• [Presentation] 酸化物表面ナノ構造が誘起する支持平面脂質二重膜内での異常拡散 (2010)
  • Author(s): 手老龍吾
  • Organizer: 第二回光塾
  • Place of Presentation: 大阪大学(大阪府)
  • Year and Date: 2010-12-11
• [Presentation] 酸化物基板表面上の平面支持脂質二重膜内での分子拡散挙動のその場観察 (2010)
  • Author(s): 手老龍吾
  • Organizer: 膜シンポジウム2010
  • Place of Presentation: 京都大学(京都府)(招待講演)
  • Year and Date: 2010-11-19
• [Presentation] Dynamic Two Dimensional Model Lipid Membranes on Solid Device Surfaces (2010)
  • Author(s): R.Tero, G.Sazaki, T.Ujihara, T.Urisu
  • Organizer: International Symposium on Electronics-Inspired Interdisciplinary Research
  • Place of Presentation: 豊橋技術科学大学(愛知県)(Poster)
  • Year and Date: 2010-11-16
• [Presentation] 表面原子スケール構造が誘起する支持平面脂質二重膜内の異常拡散 (2010)
  • Author(s): 手老龍吾, 佐崎元, 宇治原徹, 宇理須恒雄
  • Organizer: 第30回表面科学学術講演会(真空・表面科学合同講演会)
  • Place of Presentation: 大阪大学(大阪府)
  • Year and Date: 2010-11-04
• [Presentation] 支持脂質二重膜内での微小構造の形成と分子拡散挙動への影響 (2010)
  • Author(s): 手老龍吾
  • Organizer: 第48回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県)(招待講演)
  • Year and Date: 2010-10-20
• [Presentation] Anomalous Diffusion in Supported Lipid Bilayers Induced by Nanostructures on Substrate Surfaces (2010)
  • Author(s): R.Tero, G.Sazaki, T.Ujihara, T.Urisu
  • Organizer: International Symposium on Non-Equilibrium Soft Matter 2010
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂(奈良県)(Poster)
  • Year and Date: 2010-08-18
• [Presentation] 酸化物基板表面上の平面支持脂質二重膜中での分子拡散挙動のその場観察 (2010)
  • Author(s): 手老龍吾, 佐崎元, 宇治原徹, 宇理須恒雄
  • Organizer: 日本膜学会第32年会
  • Place of Presentation: 産業技術総合研究所臨海副都心センター(東京都)
  • Year and Date: 2010-05-13
• [Presentation] 一分子蛍光追跡法による脂質二重膜中の幅広い時間・空間スケールでの分子拡散挙動のその場観察 (2010)
  • Author(s): 手老龍吾, 佐崎元, 宇治原徹, 宇理須恒雄
  • Organizer: 日本化学会第90春季年会
  • Place of Presentation: 近畿大学(大阪府)
  • Year and Date: 2010-03-27
• [Presentation] 脂質二重膜内の階層的な分子拡散挙動その場観察のための蛍光顕微鏡 (2010)
  • Author(s): 手老龍吾, 佐崎元, 宇治原徹, 宇理須恒雄
  • Organizer: 57回応用物理学会関係連合講演会
  • Place of Presentation: 東海大学(神奈州県)
  • Year and Date: 2010-03-18
• [Presentation] 支持脂質二重膜の相分離と一分子観察 (2009)
  • Author(s): 手老龍吾
  • Organizer: 第31回日本バイオマテリアル学会大会
  • Place of Presentation: 京都府民総合交流プラザ(京都府)
  • Year and Date: 2009-11-16
• [Presentation] 蛍光1分子追跡法による酸化物表面上支持脂質二重膜内での分子拡散挙動のその場観察 (2009)
  • Author(s): 手老龍吾, 佐崎元, 宇治原徹, 宇理須恒雄
  • Organizer: 第29回表面科学講演大会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀(東京都)
  • Year and Date: 2009-10-27
• [Presentation] 平面脂質二重膜の構造・物性への表面力場および光照射の影響 (2009)
  • Author(s): 手老龍吾
  • Organizer: 第62回コロイドおよび界面化学討論会
  • Place of Presentation: 岡山理科大学(岡山県)
  • Year and Date: 2009-09-18
• [Remarks]
  • URL: http://www.tut.ac.jp/teach/main.php?mode=detail&article=684