2020 Fiscal Year Annual Research Report
Two dimensional self-assembly of photoreceptor proteins
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17KT0024
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
森垣 憲一 神戸大学, バイオシグナル総合研究センター, 准教授 (10358179)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林 文夫 神戸大学, 理学研究科, 名誉教授 (80093524)
山下 隼人 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (10595440)
粟津 暁紀 広島大学, 統合生命科学研究科(理), 准教授 (00448234)
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| Project Period (FY) |
2017-07-18 – 2021-03-31
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| Keywords | 生体膜 / 受容体 / クラスター / ラフト / 人工膜 / 高速AFM / 粗視化モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体膜において脂質と膜タンパク質から自発的に形成される2次元秩序構造は、細胞に普遍的に存在し、発生、情報伝達、免疫など多くの局面で重要な機能を果たしている。本研究は、円板膜における2次元秩序構造を人工膜に再構成して形成原理と機能を構成的に解析することを目的とした。ラフト領域（秩序液晶相：lo相）と非ラフト領域（無秩序液晶相：ld相）をパターン化した人工膜に、ロドプシン光受容体（Rh）モノマーやダイマー、活性型複合体などを再構成してlo/ ld相への分配から脂質ラフトへの親和性を定量的に評価することに成功した。この技術を発展させ、Rh超分子クラスターの形成、高速AFMを用いたRh超分子クラスターの解析、膜内分子分布・凝集状態や機能をシミュレートする数理モデルを構築、に関する研究を行った。パターン化人工膜への膜タンパク質再構成では、Rhをより高効率で導入することを目的として、円板膜ベシクルを用いた導入、円板膜を界面活性剤で一部可溶化させ、ロドプシン凝集体を安定化させる手法の開発を行い、安定なRh超分子クラスターの形成に成功した。この円板膜より再構成した膜を高速AFMで観察し、完全暗黒下でRhクラスター、Gt、Rh-Gt複合体を観察することに成功した。膜内分子分布・凝集状態や機能をシミュレートする数理モデルを構築では、粗視化モデルでRhとラフト脂質、非ラフト脂質の挙動を再現し、ロドプシン周辺のロドプシン、ラフト脂質の数を定量してクラスター形成を評価した。以上の結果より、円板膜におけるロドプシン光受容体の2次元秩序構造が光シグナル伝達に果たす役割について重要な知見を得ることができた。これらの研究成果は、自発的秩序形成メカニズムと機能的役割を分子レベルで理解するための重要な基盤となる。
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