2017 Fiscal Year Research-status Report
荷電脂質膜における多価イオン間静電相互作用と相分離
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17K05610
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| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
下川 直史 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 講師 (20700181)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | リン脂質 / リポソーム / ベシクル / 脂質二重膜 / 相分離 / 静電相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
リン脂質から成る脂質二重膜は細胞膜・生体膜のモデル系として用いられている。多成分リン脂質二重膜は低温において非相溶となる相分離が観察される。これは生体膜でも形成されていると考えられているラフトドメインとの類似から研究が行われている。特に親水頭部に電荷を有した荷電脂質を含む脂質二重膜での相分離や変形に注目し研究を進めている。
当該年度は１．多価カチオンが誘起する負電荷脂質膜での相分離、２．膜張力が誘起する二成分負電荷脂質膜での三相分離、３．粗視化シミュレーションによる荷電コロイド粒子と荷電脂質膜の相互作用を行ってきた。
現在まで1価の塩が脂質の電荷を遮蔽するために用いられてきたが、１では特に2価塩に注目し研究を行った。2価塩としてCaCl2、MgCl2、プトレシン、ヘキサメチレンジアミンを用いた。その結果、同じ2価であってもサイズの大きなカチオンほど相分離が起きにくいことがわかった。これは膜面に吸着した際にサイズの小さいカチオンほど、カチオン間の立体反発が弱いことに起因すると考えた。また、ヘキサメチレンジアミンは大きい分子であるにも関わらず、相分離を引き起こしやすかった。これは水中でヘキサメチレンジアミンが多量体を作り、見かけ上の価数が上がっている可能性があると考えている。
２では荷電脂質と中性脂質から成る脂質膜に浸透圧により張力を印加することで、相分離が起きることを実験的に示した。興味深いことに、二成分であるにもかかわらず三相に分離した。そこから、荷電脂質の電離状態に相分離が依存すると考え、溶液のpHを変化させ同様の実験を行うと、三相分離は溶液のpHに強く依存することがわかった。
３では粗視化シミュレーションにより荷電コロイドの膜面への吸着・取り込みと価数・サイズを変化させ系統的な解析を行い、現在論文としてまとめている。
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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
実験・シミュレーションともに順調に進んでいるように感じている。実験結果に対する理論計算が思うように進んでいないが、共同研究の上進めていくことを計画しており、また共同研究者との議論も進んでおり方針がある程度固まっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究方針は以下の通りである。
１．荷電脂質膜への多価カチオンの添加による相分離。特に、2価よりも価数の大きな3価、4価、5価の使用を計画している。また、1価、2価の塩も当初の予定よりも種類を増やそうと考えている。Poisson-Boltzmann理論に基づいて理論的な考察を加える。２．膜張力が誘起する二成分負電荷脂質膜での三相分離。各相の同定を何種類かの蛍光色素を用いて行っていく。また、Poisson-Boltzmann理論にcharge regulationを加えた理論により実験結果を説明することを目指す。３．多価負電荷脂質を含む脂質膜での相分離。親水頭部に2価以上の価数を有するリン脂質を用いた実験を開始する。４．粗視化シミュレーションによる電場下における荷電脂質膜ベシクルの相分離と変形を開始する。
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