2019 Fiscal Year Annual Research Report

Analysis of the resolution mechanism of abnormal membrane domain on the plasma membrane

Research Project

Project/Area Number	18K14645
Research Institution	Hokkaido University
Principal Investigator	三岡哲生北海道大学, 遺伝子病制御研究所, 助教 (60754538)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2020-03-31
Keywords	膜ドメイン / 脂質ドメイン / ホスファチジルセリン / 相分離 / ステロール / 出芽酵母
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、出芽酵母のリン脂質ホスファチジルセリン合成酵素欠損株（PS欠損株）において発生する、膜タンパク質が分布できない巨大膜ドメイン"void zone"についての解析を行っている。前年度報告書のとおり、当初の計画をやや変更しPS欠損株内でのvoid zone動態の解析に注力した。 void zone を示す細胞のタンパク質分布を更に詳細に調べるため、共同研究者に凍結割段レプリカ法を委託した。電子顕微鏡を用いたこの観察によりvoid zone中には膜貫通タンパク質がほぼ完全に存在していないことが確かめられた。また膜貫通領域を持たない一部の表在性膜タンパク質もまたvoid zoneから排除されていることも蛍光顕微鏡観察から示唆された。リポソームなどの人工膜系においては、ステロールと飽和リン脂質に富む液体秩序相(Lo相)と、不飽和リン脂質を含む液体非秩序相（Ld相）に分離する、相分離という現象が顕微鏡下で観察できるミクロンスケールで生じることが知られている。一方で生きた細胞においてこのような大きなスケールの相分離の発生は知られていない。本研究で明らかになったvoid zoneが持つ脂質・タンパク質の排他性や、エルゴステロールの豊富さは、相分離で発生するLo相に類似することから、void zoneはin vivo で発生している巨大なLo相様の膜ドメインであると考えられる。また液胞とvoid zoneの接触についてはタイムラプスイメージングで解析を行った。当初予想されていた積極的な液胞によるvoid zoneの解消は見られなかったが、液胞が移動してvoid zoneに接触していく過程や、数十分に渡って接触が持続する様子が捉えられた。こうした細胞膜-液胞間の接触は未解明の現象であるため、本研究の知見が今後の解析に生かされると思われる。