Dynamic conformation and domain structure of lipid molecules in model biomembranes

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16H06315
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Biomolecular chemistry
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: MURATA Michio 大阪大学, 理学研究科, 教授 (40183652)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 花島 慎弥 大阪大学, 理学研究科, 准教授 (50373353) ; 梅川 雄一 大阪大学, 理学研究科, 助教 (20587779) ; 篠田 渉 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (70357193) ; 土川 博史 大阪大学, 理学研究科, 助教 (30460992) ; 三浦 薫 (野村薫) 公益財団法人サントリー生命科学財団, 生物有機科学研究所・構造生命科学研究部, 主席研究員 (90353515) ; 櫻井 香里 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50447512)
• Project Period (FY): 2016-05-31 – 2021-03-31
• Keywords: 脂質二重膜 / 脂質ラフト / スフィンゴミエリン / ドメイン構造 / 古細菌脂質 / 動的配座

Outline of Final Research Achievements

In this study, we aimed to elucidate the molecular mechanisms of domains formed on cell membranes at atomic resolution in order to bring biological membranes into the ring of structural biology. By chemically synthesizing stable isotope-conjugated membrane lipids and measuring solid-state NMR, they succeeded in elucidating the shape of membrane lipid molecules, the mechanism of their assembly, and the intermolecular interactions during assembly. For example, it was found that domain-forming lipids have a strong tendency to form nano-sized aggregates through intermolecular hydrogen bonds.

Free Research Field

生物分子化学 ケミカルバイオロジー 生体関連化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

脂質ラフトを含むドメイン形成に必要な、立体配置と分子間相互作用を化学構造の面から解明できれば、膜タンパク質との相互作用時の脂質立体配座や水和構造の違いを正確に知ることができる。これらの脂質の動態は、揺らぎ、配向や分子間相互作用などのパラメータとして定式化できるので、分子動力学(MD)計算と組み合わせることが可能である。これによって、今まで実験的根拠に乏しかった膜脂質の計算科学的方法の精度を格段に向上させることができる。