2017 Fiscal Year Annual Research Report
Dynamic conformation and domain structure of lipid molecules in model biomembranes
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16H06315
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
村田 道雄 大阪大学, 理学研究科, 教授 (40183652)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
土川 博史 大阪大学, 理学研究科, 助教 (30460992)
花島 慎弥 大阪大学, 理学研究科, 講師 (50373353)
櫻井 香里 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50447512)
篠田 渉 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (70357193)
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| Project Period (FY) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| Keywords | 動的配座 / 脂質二重膜 / ドメイン構造 / スフィンゴミエリン / 脂質ラフト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
a) ラフト系におけるスフィンゴミエリン(SM)分子の立体： 本年度、重水素標識SMについては、新たな知見を集積することができた。特に、非常に長いアシル鎖を有するSMが指組構造(interdigit構造）を取ることが重水素固体NMRによって求めた脂質運動性から推測することができた。また、従来脂質膜の流動性に対するマーカーとしての性能に問題のあった３位重水素標識コレステロールに代わって、コレステロールの側鎖に標識したものがより高い性能を示すことを明らかにした。昨年度、アシル鎖に特異的に重水素/炭素-13を置換した脂肪酸を化学合成し、リン脂質を調製した。近日中に、この脂肪酸を置換したSMを調製して固体ＮＭＲのREDORを測定する予定である。
b) 原子分解能におけるラフト系における脂質分子の分子間相互作用と運動速度： 本年度は、SM の分子内磁気双極子相互作用の測定において、13C-15N結合が検出可能な緩和を誘発することを見出した。一方で、当初予定していた13C観測ではコントロールとして用いる14Nの緩和に対する影響が推定しにくいので、15Nを観測核として用い、15N-13Cと15N-12Cを比較した。僅かながら縦緩和時間に差が認められたが、目的である分子回転速度の見積もりには不十分である可能性があるので、現在、より磁気双極子の大きい水素核との差異を観測するために、部分重水素体を検討している。
c) 膜タンパク質との相互作用における周辺脂質の立体配座： 初年度に引き続き、膜タンパク質と周辺脂質について、バクテリオロドプシン（bR）をモデルタンパク質として用いて 脂質・タンパク質の相互作用解明を進めた。特に、前年度相互作用の差異が明確になった酸性リン脂質と中性リン脂質について、両者の混合膜でbRに対する相互作用解析のために固体31Pおよび2HNMR測定を行った。現在解析を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
二年目は、初年度に調製した同位体標識体を用いた測定に本格的に着手した。体系的に行っている重水素標識SMとコレステロールを用いた実験では、指組構造とコレステロールの運動性について今までにない知見を得ることができた。また、固体NMRによる脂質の動態解析では、脂質分子のナノ秒オーダーの動き（主に軸回転運動）を解析する手法の確立に目途をつけることができた。また、タンパク質－脂質相互作用については、最近開発したNMR手法によってバクテリオロドプシンの会合状態と周辺脂質の関係について得た新知見を検証することができた。全体的に見て、二年目の進捗としては順調であると考えている
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| Strategy for Future Research Activity |
a) ラフト系におけるスフィンゴミエリン(SM)分子の立体： 前年度合成した重水素/炭素-13標識脂肪酸を含むリン脂質を百ミリグラムのオーダーで合成する必要がある。これを用いて、SMのアシル鎖の運動性と配座を分離して観測する固体NMR実験に本格的に着手する予定である。
b) 原子分解能におけるラフト系における脂質分子の分子間相互作用と運動速度： 緩和時間に与える磁気双極子相互作用の寄与が見積もることができれば、SMについて正確な回転相関時間（τc)をもとめることが出来ると思われる。それによって、SM-コレステロール(Cho)相の高いオーダーの分子相互作用を明確にできると考えているので、この目標に向かって標識体のデザインと緩和時間測定を継続する必要がある。また、前年度合成した脂肪酸に加えて、ヘッドグループに13Cや2Hを導入したスフィンゴ脂質を化学合成し、ヘッドグループの違いによる膜物性への影響を調べる必要がある。
c) 膜タンパク質との相互作用における周辺脂質の立体配座：バクテリオロドプシン（bR）に対する周辺脂質としてのフォスファチジルコリンやフォスファチジルグリセロールの性状については解明が進んできた。次年度以降は、より細胞生理の上で重要なフォスファチジルセリン（eat me シグナル）などを対象にして、脂質のヘッドグループと膜タンパク質の相互作用をより詳細に解明する必要がある。
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