2017 Fiscal Year Research-status Report
細胞接着の物理の解明に向けた糖脂質膜と幹細胞の力学的相互作用の精密測定
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16K05515
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
山本 暁久 京都大学, 医学研究科, 特定研究員 (90706805)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ソフトマター物理 / 生体膜 / 界面相互作用 / 幹細胞 / 糖鎖 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請では胚発生の過程で重要な糖鎖SSEAに着目し、膜の時空間揺らぎを測定することで、膜の力学的特性と膜間の界面相互作用に与える影響を解明する。具体的には、(1)中性子非鏡面散乱法と用いた糖脂質多層膜の曲げ剛性率と圧縮弾性率の測定と、(2)反射干渉コントラスト顕微鏡(RICM)を用いた糖脂質ベシクルと幹細胞の接着エネルギーの定量を通じて研究を進めてきた。
(1)については、フランス中性子実験施設ILLにおいて昨年度までに取得したデータの解析を進めた。その結果、糖脂質分子のモル分率とカルシウムイオン濃度に依存した多層膜の力学物性（曲げ剛性率と圧縮弾性率）の変化を定量した。
(2)については、糖鎖で修飾したsupported membraneの上に播種したヒトiPS細胞の接着をRICMにより可視化し、糖鎖の種類および分子間距離をnmオーダーで変化させたときの細胞接着面積を系統的に測定した。
一方、本研究を推進する中で得られた結果に着想を得て、以下の成果を国際誌に発表した：(A)コヒーレントＸ線を用いて細胞の表面構造と細胞内電子密度を数十nmオーダーの空間分解能で測定する実験・解析手法を、マラリア感染性ヒト赤血球を用いて確立した (Frank, et al., Scientific Reports (2017))。(B)ヤング率を可逆的に動的変化できる水和ゲル材料を開発し、この基板に接着する筋芽細胞C2C12の接着と細胞骨格構造秩序の変化を定量した(Hoerning, et al., Scientific Reports (2017))。(C)フッ化炭素直鎖分子が気液界面単分子膜において自発的に形成する直径数10nmオーダーのドメイン構造とその空間相関を、微小角入射Ｘ線散乱法を用いて解明した(Veshgini, et al., ChemPhysChem (2017))。
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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
(A)中性子非鏡面散乱については、該当年度にILLで1週間にわたり実験を行うことを計画していたが、ILL全体の設備導入計画の遅れのために延期となった。しかしながら、研究期間最終年度に振り替えて実験期間が保障されていること、当該年度以前に当初の計画を超えて結果が得られていることを踏まえて、計画全体としては順調に進捗している。(B)RICMを用いた細胞接着の定量については、ジャイアントベシクルおよびヒトiPS細胞を用いた実験を当初の計画のとおり進められている。
また上述のとおり、本研究を進める中で着想を得ることで、当初計画していなかったいくつかの成果を得ることも出来た。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究によって実験および解析手法を確立できているので、当初の計画に沿って(A)中性子非鏡面散乱と(B)RICMの2つの実験手法を中心に研究を進める。2つの手法から「膜の時空間揺らぎ」「膜間の力学的相互作用」という指標を定量し、糖脂質膜の接着力を統合的に明らかにする。糖鎖分子の弱い相互作用に起因する膜の力学的相互作用を物理的な指標を用いて記述し、膜面の分子修飾が膜接着に及ぼす影響を評価する。多層膜やベシクルといった人工膜系での実験と生細胞を用いた実験結果を総合的にまとめ、幹細胞において一過的に発現する糖鎖が細胞間接着に及ぼす効果を明らかにする。得られた結果を物理学・生物学の学会で発表し意見交換を行うことで、本申請内容で得られた知見を周知し更なる進展を図る。
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| Causes of Carryover |
前述のとおりILLでの実験が延期され、最終年度に振り替えられた。したがって、当該年度に計上した旅費は今後ILLを訪問するための旅費として使用することを予定している。また、研究成果をまとめ、発表するための旅費および会議参加費として予算を使用する。
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[Journal Article] Lensless Tomographic Imaging of Near Surface Structures of Frozen Hydrated Malaria-Infected Human Erythrocytes by Coherent X-Ray Diffraction Microscopy2017
Author(s)
Frank, Viktoria; Chushkin, Yuriy; Froehlich, Benjamin; Abuillan, Wasim; Rieger, Harden; Becker, Alexandra S.; Yamamoto, Akihisa; Rossetti, Fernanda F.; Kaufmann, Stefan、Lanzer, Michael; Zontone, Federico; Tanaka, Motomu
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 7
Pages: 14081/1-9
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Size, Shape, and Lateral Correlation of Highly Uniform, Mesoscopic, Self-Assembled Domains of Fluorocarbon-Hydrocarbon Diblocks at the Air/Water Interface: A GISAXS Study2017
Author(s)
Veschgini, Mariam; Abuillan, Wasim; Inoue, Shigeto; Yamamoto, Akihisa; Mielke, Salome; Liu, Xianhe; Konovalov, Oleg; Krafft, Marie Pierre; Tanaka, Motomu
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Journal Title
ChemPhysChem
Volume: 18
Pages: 2791-2798
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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