2020 Fiscal Year Research-status Report
Bilayer characterization of analog lipids having modified module structure
| Project/Area Number |
19K05404
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokushima |
|---|
Principal Investigator |
松木 均 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(生物資源産業学域), 教授 (40229448)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
玉井 伸岳 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(生物資源産業学域), 准教授 (00363135)
後藤 優樹 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(生物資源産業学域), 助教 (30507455)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | モジュール構造変更アナログ脂質 / グリセロリン脂質 / スフィンゴリン脂質 / ホスファチジルコリン / 脂質二重膜 / 相転移 / 高圧力 / 熱測定 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
生体膜を構成する主要脂質は、その分子中のグリセロール骨格に２つの脂肪酸と極性基がリン酸を介して脱水縮合したグリセロリン脂質である。疎水鎖、骨格への結合様式、親水頭部の三つの部分は可変可能な構造（モジュール）であり、脂質分子の多様性を生み出す根源となっている。その一方で、各モジュール間の結合型や順序といったモジュールの配列様式は、大半の膜脂質で共通となっており、例外はほとんど見られない。本研究では、脂質多様性の原因となっている脂質分子骨格中の疎水基と親水基のような各モジュール内変化では無く、モジュールの基本的な配列様式自体を変化させ、天然脂質と構造が類似した非天然のモジュール構造変更アナログ脂質を有機合成する。作製した非天然アナログ脂質の二重膜物性調査から、その膜状態のキャラクタリゼーションを行う。
昨年度は、グリセロール骨格の疎水鎖結合部sn-1位およびsn-2位、両方の位置にアミド結合を導入し、疎水鎖として飽和脂肪酸（炭素数16のパルミチン酸）を有したスフィンゴリン脂質類似のアミド結合型ホスファチジルコリン（PC）、ジパルミトイルアミドデオキシPC（DPADPC）を有機合成後、DPADPC二重膜の温度および圧力誘起相転移を観測し、温度－圧力相図を構築した。
本年度は、DPADPCの炭素鎖長が異なる同族体である、ジラウロイルアミドデオキシPC（DLADPC）、ジミリストイルアミドデオキシPC（DMADPC）およびジステアロイルアミドデオキシPC（DSADPC）の３種類のアミド結合型脂質を有機合成し、これら二重膜の温度－圧力相図の構築を同様に行った。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、３種類のアミド結合型の非天然グリセロリン脂質であるDLADPC、DMADPC、DSADPCの有機合成およびそれらPC脂質の形成する二重膜の相転移観測を行った。
ジアミノプロパン酸を出発原料として、トリエチルアミンと塩化パルミトイルを反応させた後、還元を行い、２つの脂肪酸（ラウリン酸、ミリスチン酸あるいはステアリン酸）をアミド結合で連結した疎水鎖アルコールを得た。得られたアルコールを含リン系の五員環化合物と反応させて環を開裂し、目的のリン脂質であるDLADPC、DMADPC、DSADPCを合成した。精製したこれらアミド結合型PCの純度はNMRとLC-MSにより確認した。
水中でこれらアミド結合型PCの二重膜分散液を調製し、二重膜相転移を観測した。相転移観測は、常圧下では示差走査熱量法により、高圧力下では光透過法により実施した。得られた相転移温度および圧力データからこれらアミド結合型PC二重膜の温度－圧力相図を構築し、相転移熱力学量を決定した。熱量測定の結果より、DLADPC二重膜は水和結晶相から液晶相への相転移を、DMADPCおよびDSADPC二重膜は熱履歴に依存して水和結晶相から液晶相およびゲル相から液晶相への相転移を示したことから、常圧下、これらアミド結合型PC二重膜は容易に水和結晶相を形成し、ゲル相は不安定（DLADPC二重膜）あるいは準安定（DMADPCおよびDSADPC二重膜）であることが分かった。また、DMADPC以上の鎖長の二重膜においては、相図中で主（ゲル－液晶）転移曲線の勾配が水和結晶相関連転移曲線のものよりも大きいために、両曲線は高圧力下で交差し、交差点でゲル相の安定性が変化することが明らかとなった。また、この交差点は鎖長依存的に変化し、鎖長増大と共に低圧領域へ移行するのを見出した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
昨年度の実験においては、疎水鎖長の異なる飽和脂肪酸を有する３種類のアミド結合型PC（DLADPC、DMADPC、DSADPC）を有機合成し、それらPC二重膜の相転移を熱力学的に特徴づけ、以前に得られたDPADPC二重膜の結果と併せてアミド結合型PCの二重膜相挙動におよぼすアシル鎖長の影響についての検討を行った。
本年度は、極性頭部転置型脂質の研究を開始する。天然のグリセロリン脂質の分子構造中におけるモジュール配列は、疎水鎖、骨格、リン酸、極性頭部の順序であり、この順序は生物種を問わず共通である。このモジュール配列の順序を疎水鎖、骨格、極性頭部、リン酸へと変化させた極性頭部転置型のグリセロリン脂質の二重膜状態は興味が持たれるが、このような脂質は天然には存在しないため、その膜物性についてはほとんどわかっていない。そこで、極性頭部転置型の非天然脂質を有機合成により作製し、その二重膜物性調査を行う。まず、脂質膜研究における典型的なモデル脂質であるジパルミトイルPC（DPPC）に着目し、その極性頭部転置型のDPPC類似リン脂質同族体の合成を行う。末端部分に位置するリン酸の電荷は化学結合で修飾制御可能なため荷電状態の異なる３種類（アニオン型、カチオン型、中性型）の極性頭部転置型リン脂質同族体およびリン酸部分を他の有機酸へと変化させた３種類（カルボン酸、スルホン酸、硫酸）の極性頭部転置型ベタイン脂質同族体の中で、比較的有機合成が容易な極性頭部転置型脂質を選択して合成を試み、その二重膜相挙動を調べる。
|
| Causes of Carryover |
昨年度、新規に分光蛍光光度計を購入し、これまで長年使用し経年劣化したものと入れ替えを行った。次年度使用額はその残金であり、実験に必要となる消耗品費（脂質試薬代金）として使用予定である。
|
