The study of the molecular mechanism maintaining the anisotropic distribution of lipids on neurites

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K06828
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 堀川 誠 広島大学, 統合生命科学研究科(先), 特任助教 (50775997)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 質量顕微鏡法 / 脂質 / 神経細胞

Outline of Annual Research Achievements

神経細胞の神経突起上には細胞体側から突起先端に向けて脂質分子分布に偏りがある事が分かっており、本研究では蛍光標識した脂肪酸分子のタイムラプス観察により神経突起上の脂質分子の移動速度には異方性がある事を明らかにした。しかし、顕微鏡観察では標識脂肪酸が脂肪酸として輸送されるのか、またはリン脂質に取り込まれて輸送されるのか、といった輸送時の脂質の状態を調べることは出来ない。本研究では、神経突起上で脂質の輸送状態を明らかにするために、生体分子とその位置情報を同時に取得可能な質量顕微鏡法の高解像度化を試みた。
神経突起は太さが数マイクロm程度であり、代表的な質量顕微鏡法であるMALDI-IMSの空間解像度 (～10マイクロm)では不十分であるため、本研究ではより高解像度なTOF-SIMS法を脂質分子観察に用いる事とした。そして、従来のTOF-SIMS法においてあまり検討されていなかった細胞試料調製に着目し、電子顕微鏡観察における試料調製法を応用する事でCOS-7細胞およびMEF細胞における細胞内の蛍光標識脂肪酸の蛍光イメージ像とTOF-SIMS観察における脂肪酸の分布像が一致する、すなわち細胞内脂質分子の固定とその分布の質量顕微鏡法による観察が可能である事を示した。また、TOF-SIMS法は深さ方向の空間解像度が数nm～数十nmと極めて高い事から、細胞膜表面の脂質分子分布の検出に有効である事も見出した。さらに、新しい試料調製法を用いたTOF-SIMS観察により神経突起上の脂肪酸分子分布を約200 nmの空間解像度で観察する事に成功した。しかし、この方法では飽和脂肪酸や一価不飽和脂肪酸と比べ、多価不飽和脂肪酸の量が相対的に低く検出されてしまう事、ホスファチジルコリン以外のリン脂質の検出が困難である事など、残された課題も明らかとなった。