2018 Fiscal Year Annual Research Report
Study for functional mechanism of membrane protein complexes from the perspective of self-organization using single molecule direct observations.
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16H05122
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| Research Institution | International University of Health and Welfare |
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Principal Investigator |
相馬 義郎 国際医療福祉大学, 薬学部, 教授 (60268183)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 膜蛋白複合体 / 抗原ー抗体反応 / 分子間相互作用 / １分子直接観察 / 高速原子間力顕微鏡 / 脂質２重膜 / ラフト / アクアポリン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
医学・生理学的に重要な生命プロセスの多くは、必要に応じて生体膜上で機能性膜蛋白が集合して形成された膜蛋白/脂質ラフト高次機能複合体によって遂行されている。この動的な膜蛋白複合体の動作機構の解明は、医学生理学の大きな進歩に繋がると期待されるが、直接的な測定データが乏しく、その分子レベルでの動的なメカニズムについてはほとんど解っていない。本研究では、機能中の膜蛋白複合体の分子動態の直接的動画観察を可能にする高速原子間力顕微鏡（高速AFM）を基盤観察技術とし、各膜蛋白の機能を保持したままでの発現・精製系の確立、膜蛋白複合体が生体膜中と同様な動態を示す細胞膜環境観察プラットフォームの開発および膜蛋白分子間相互作用についての１分子動画データの解析技術の確立に挑戦した。
当該年度では、前年度までに行なった高速AFMを用いた1分子直接観察結果のうちで最も興味深い現象である、脂質2重膜中で規則正しいアレイ構造をとっているAQP4に対する抗AQP4抗体の結合・解離、アレイ上の“歩行”、歩行中の抗体どうしの衝突、そして抗体クラスター形成といった現象の相互関係の解明および全体の定量的・統合的理解を追求した。そのために、上記の各現象において各状態間を任意の確率で移動、さらに各現象間を任意の確率で移動するstochastic数理モデルを作成し、GPUデスクサイドスパコンを用いてモンテカルロシミュレーションを行った。このシミュレーション結果とELISA実験で得られた巨視的レベルでの結合・解離動態との整合性を求めたが、定量的な整合を取ることできなかった。１分子レベル－巨視レベル間のメゾスコピックな領域において、分子間相互作用に関する未知の重要な分子動態プロセスが起こっている可能性も示唆された。
また、将来的に本研究の重要な研究対象となる病因性CFTR変異体の研究も並行して行なった。
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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