2015 Fiscal Year Annual Research Report
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15H03824
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
藤浪 眞紀 千葉大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50311436)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
豊田 太郎 東京大学, 総合文化研究科, 准教授 (80422377)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 分析科学 / 生物物理 / 生体分子 / 生体膜 / 表面・界面物性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体膜の機能発現において，主役となるのは膜タンパク質であるが，流動性の高い生体膜では膜ゆらぎといった力学的特性が深く関与している。本研究は，膜物性を制御可能で機能発現との因果関係が明確になる人工生体膜で，その膜張力を非侵襲で測定可能な手法を開発し，膜張力と生体膜特性の相関を得ることを目的とする。膜組成を制御し，膜タンパク質を導入できる平面状人工生体膜である黒膜とミクロンN/mオーダーの界面張力を非侵襲で測定可能なレーザー誘起表面変形分光法を膜機能分析法として融合することに特徴がある。以上の目的において，レーザー誘起表面変形分光法（Laser induced surface deformation spectroscopy, LISD）による生体膜モデルとして知られる平面状人工脂質二分子膜である黒膜の非侵襲膜張力測定の確立を平成27年度上期に達成した。LISDの原理に適合できる環境下でなるべく多くのリン脂質種類・比率で黒膜を形成し，1時間以上安定して保持することが要求されていた。そこで張り合わせ法による黒膜作製の最適化，二つの水相の密度差の最適化，励起レーザー光パワーの最適化，レーザー光焦点の最適化などの取組を実施した。以上の方法論の確立により，生体膜モデルへの応用を実施した。脂質二分子膜の力学特性は膜組成に大きく依存する。また単一成分でも温度により相状態の転移（ゲル相－液晶相）が起こり，流動性に変化が生じる。そこで汎用性の高い二種類の脂質比率を変えた混成膜成分を持つ黒膜を形成し，その膜張力の組成依存性および温度依存性を明らかにした。また，DPPCにおけるコレステロール黒膜添加依存性も測定でき，その結果に対して考察した。その結果をまとめ，論文化・公表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究内容の方法論であるレーザー誘起表面変形分光法の構築および生体膜モデルである黒膜形成，また膜張力測定に耐えうる黒膜形成の最適化を達成することができ，論文化もできた。さらには平成28年度実施予定であったコレステロール添加による黒膜物性の依存性までも達成することができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度開発したレーザー誘起表面変形分光法による応用を展開していく。まずは，膜タンパク質導入による膜機能発現と膜張力との相関をとる。膜機能発現時の膜張力変化のダイナミクスを計測する。人工脂質二分子膜への膜タンパク質への導入による機能発現はパッチクランプ法により実証されている。張り合せ法により黒膜を形成し，グラミシジンペプチドを埋め込み陽イオンチャネルの開閉の測定に成功している。申請者はジャイアント・ベシクルの脂質二分子膜にカイコガ膜受容体を埋め込みボンビコール刺激による陽イオンチャネルの開閉をパッチクランプ法で検出した。これは人工袋状脂質二分子膜で構成されたベシクル内部で遺伝子発現を誘発し，機能発現を成功させたことを示唆している。以上のように，人工脂質二分子膜に膜タンパク質を導入し，機能発現することに実績がある。その実績を生かして，イオンチャネルON/OFFでの膜張力変化を実証する。また，予定通り実験が進んだ場合，本手法の顕微化を手掛ける。
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