脂質二分子膜中のレセプター蛋白による超分子形成とその機能の発現

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06240213
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 梅澤 喜夫 東京大学, 大学院理学系研究科, 教授 (80011724)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): BUHLMANN Phi 東京大学, 大学院理学系研究科, 助手 (20262149) ; 遠田 浩司 東京大学, 大学院理学系研究科, 助手 (60212065) ; 菅原 正雄 東京大学, 大学院理学系研究科, 助教授 (50002176)
• Keywords: グルタミン酸受容イオンチャンネル / カルモジュリン / 平面脂質二分子膜 / バイオセンサー / 表面プラズモン / 膜コンダクタンス

Research Abstract

本研究は,イオンチャンネル蛋白等のレセプター蛋白を用い,人工脂質二分子膜を特異的複合場として,レセプター蛋白が構造識別に基づいて生体イオン,分子を認識して発現するtrans-membrane signallingの機能の特性を,基質認識に伴う情報変換・増幅の選択性,感度などの観点から評価することを目的とした.
1)ラット脳から抽出したグルタミン酸受容イオンチャンネル(GluR)蛋白質を用い,それを平面脂質二分子膜に包埋して,膜成形初期の膜抵抗とチャンネル電流発現の関係を検討した.その結果,膜抵抗値とGluRのプロテオリポソーム融合の確率の間に経験則を見い出した.また,平面脂質二分子膜に同時にNMDA及びnon-NMDA型GluRを包埋し,アゴニストであるNMDA及びグルタミン酸イオンを順次,膜に接する溶液に加えることにより観測されるNMDA及びnon-NMDA型のGluRによるチャンネル電流を測定した.チャンネル電流の大きさの比をチャンネル活性の指標とすることにより,抵抗値の異なる膜間でもその比を基にアゴニスト同士の化学選択性を定量的に評価できることが分かった.
2)カルモジュリン(CaM)は膜蛋白質ではないが,CaMをCa^<2+>に対する感応素子として利用し,Ca^<2+>の結合により誘起したCaMと固定化した合成ペプチドM13との結合による三元錯体の量からCa^<2+>濃度を求める新規化学センシング法を創製し,三元錯体の量を評価するためには,表面プラズモン共鳴(SPR)を使用し,CaM-金属イオン錯体が金電極上のデキストラン膜に固定化されたM13に結合することにより生ずる化学修飾膜の誘電的変化に起因する表面プラズモン変化から,カルシウム濃度依存性と金属イオンに対する選択性を評価した.その結果,Ca^<2+>の検出限界として3.2×10^<-8>Mが得られた.更にMg^<2+>,Li^+,K^+の共存下Ca^<2+>に対して"all or none"型の特異的応答が得られた.
3)トリフルオロメチル置換テトラフェニルホウ酸(TFPB)等の負の荷電サイトを平面脂質二分子膜包埋することにより,TFPB濃度と膜コンダクタンスの間に相関を見い出した.この結果は,包埋する荷電サイトの数を制御することによって,任意の膜抵抗を有する二分子膜系で作成できる可能性を示す.更に,その結果インピーダンスマッチングの関係で測定が容易でなかったあるいは不可能であった脂質二分子膜系の膜電位の測定を実際に多くの膜系で飛躍的に容易にした.

Research Products

• [Publications] M.Namba: "Molecular Resolution Image of a Calix[6]arene from Atomic Force Microscopy" Langmuir. ((in press))
• [Publications] P.Buhlmann: "Studies on the Phase Boundaries and the Significance of Ionic Sites of Liqud Membrane Ion-Selective Electrodes" Electroanalysis. ((in press))
• [Publications] P.Buhlmann: "EMF Response of Neutral-Carrier Based Ion-Selective Field Effect Transistors with Site-Free Menbranes" Electrochim.Acta. ((in press))
• [Publications] K.Tohda: "Cation permselectivity at the Phase Boundary of Ionophore-Incorporated Solvent Polymeric Membranes As Studied by Optical Second Harmonic Generation" Anal.Chem.67. 570-578 (1995)
• [Publications] Y.Tani: "Non-Stoichiometric Dissolution of Lanthanum Fluoride (LaF3) and its Relevance to a Process of Ion-Selective Charge Separation at the Solid/Solution Interface" J.Electroanal.Chem.378. 205-213 (1994)
• [Publications] M,Sugawara: "Studies on the Factors Affecting Background Permeabilities of Ordered Mono-,Bi-,and Multilayers as Channel Mimetic Sensing Membranes" Anal.Sci.10. 343-347 (1994)
• [Publications] K.Odashima: "Chemical Sensing Based on Membrane Potential Change Induced by Host-Guest Complexation at Membrane Surface" Supramolecular Chemistry. 4. 101-113 (1994)
• [Publications] K.Odashima: "Potentiometric Discrimination of Organic Amines by a Liquid Membrane Electrode Based on a Long Alkyl Derivative of β-Cyclodextrin" Mikrochim.Acta. 113. 223-238 (1994)
• [Publications] K.Tohda: "膜を横切る信号の伝達に基づく化学センシングの新しい展開" 膜. 19. 122-132 (1994)