2020 Fiscal Year Research-status Report
モデル系から生体系へのシステムアップデートによる生体膜の流動特性の解明
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20K03873
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
佐久間 由香 東北大学, 理学研究科, 助教 (40630801)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ベシクル / 相分離 / 膜粘度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体膜は脂質，タンパク質，糖鎖など多数の分子から成る不均一膜であり、生体膜における代謝や信号伝達などの生体機能はタンパク質の膜内流動によって制御されている。このため、モデル生体膜を用いて膜の流動特性を調べる研究が行われてきたが、理論モデルにおける測定可能な膜粘度範囲の制限や測定及び解析の煩雑さから、不均一膜の流動性の全景については未だ明らかになっていなかった。
最近、研究代表者はベシクルにマイクロインジェクションにより膜面上に局所的な力を加えることで膜面に引き起こされる流動パターンを、曲面上での流体力学理論[Henle and Levine, Phys. Rev. E (2010)]と比較することにより膜の粘度を容易に計測できる手法を開発した。この手法を用いて生体膜の主要構成成分である３種類の脂質分子(飽和リン脂質DPPC, 不飽和リン脂質DOPC, コレステロール CHOL)から成るモデル生体膜（ベシクル）の流動パターンを、相分離によってできるドメインの動きによって可視化し、組成と膜粘度の関係を測定した。その結果、膜粘度は組成により３桁に渡る広範囲で変化することが明らかになった[Sakuma et al., Biophys. J. (2020)]。
本研究では、モデル生体膜での不均一性や二分子膜間での非対称性といった条件を段階的に生体膜に近づけ、最終的には生体膜の粘度測定を行うことで流動特性を支配する要因の解明を目指す。この第一段階として、初年度である2020年度は糖鎖に見立てた高分子(polyethyrene glycol：PEG)でベシクル表面を装飾し、PEGの存在が膜粘度にどのような影響を与えるかを調べた。この結果、PEGを装飾した場合には装飾しないベシクルと比較して1桁程度膜粘度が高くなることがわかってきた。
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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
申請書作成当初の予定として遂行予定であった研究を滞りなく遂行し、目的に対して興味深い成果を得ているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究ではモデル生体膜を段階的に実際の生体膜の条件に近づけながら膜粘度との関係を解明することを試みており、2020年度は糖鎖等による生体膜の表面修飾が膜粘度に与える影響について実験の観点から調べた。この結果、ベシクルの高分子修飾の有無によって膜粘度が１桁程度変化することがわかってきた。今後、この膜粘度の変化の原因について、流体力学モデルを立てて議論を行う。
さらに、ベシクルの二分子膜内外の非対称性，ベシクル内外の溶媒粘度の非対称性といった条件段階的に実際の生体膜に近づけ、最終的には実際の生体膜（線虫の初期胚を想定）について膜粘度測定を行い、生体膜においていずれの条件が最も膜粘度に及ぼす影響が大きいのかを明らかにする。
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Research Products
(2 results)
