2022 Fiscal Year Annual Research Report
Deformation of multicomponent lipid vesicles and lipid sorting
| Project/Area Number |
21H01891
|
|---|
| Research Institution | Kyushu University |
|---|
Principal Investigator |
瀧上 隆智 九州大学, 基幹教育院, 教授 (40271100)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
濱田 勉 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (40432140)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | リピッドソーティング / 脂質ベシクル / 臨界充填パラメーター / 線張力 / ベシクル変形と崩壊 / 両親媒性ペプチド |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では多成分脂質ベシクル（二分子膜）を対象に、リピッドソーティング（分子の幾何学的形状と膜曲率との結合）が誘起する膜の不均一性とベシクル変形挙動との因果関係を明らかにすることを目的としている。ベシクル二分子膜での液体秩序（Lo）／液体無秩序（Ld）ドメインが共存する不均一な膜状態を対象に、ベシクルの様々な変形モード（楕円、出芽、孔、接着・融合）や不均一形態の変化を、蛍光顕微鏡観察、線張力定量、FRET法による微小な不均一状態の検出等から追跡を行った。
今年度は、臨界充填パラメーター（cpp）が1/3に近くコーン型の形状を有する二本鎖PC（DC6PC）を添加したベシクルの変形挙動解析を行った。その結果、二分子膜曲率の大きな構造が二分子膜内に誘起され、DC6PCの低モル分率（5 mol%以下）領域では孔形成が、高モル分率領域では出芽形成（inner budding）や楕円変形等が誘起され、DC6PCの二分子膜内での偏った分子分布が膜曲率の変化を引き起こす大きな形態を生み出すことなどを見出した。
さらに、両親媒性ペプチドであるアラメチシンをDPPC/DOPC/Cholesterolからなる３成分ベシクルに添加した系ではベシクルサイズの増大と伸長が誘起された。一方、DPPC/DOPG/Cholesterolからなるベシクルではベシクルの崩壊と小サイズのベシクルの再構成が引き起こされ、ベシクル表面の荷電状態がアラメチシンとの相互作用や膜内での配向状態に大きな影響を及ぼすことが見出された。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
臨界充填パラメーターが１より小さなコーン型脂質の添加によるベシクル変形（楕円県警、出芽、孔形成）や両親媒性ペプチドによるベシクルの形態・サイズ変化や崩壊挙動の誘起を見出し、脂質二分子膜内での偏った分子分布や配向の効果（リピッドソーティング）として合理的に解釈できた。また不均一状態を対象に行ったFRET測定により、顕微鏡の解像度では均一に見える膜状態においても、FRET強度の増大を指標として微小ドメインの存在を検出できることが判明している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後はヘリックスペプチドによるベシクル変形・崩壊メカニズムを解明すると共に、cppが1より大きな脂質（DPPE等）を添加した多成分系ベシクルを対象に研究を展開する。観察対象となる変形モードは球状を基準に楕円変形、出芽(budding)変形、孔(hole)形成、接着(adhesion)・融合(fusion)に伴う変形および破裂・崩壊であり、以下の項目について検討を行う。
１．ベシクル変形と線張力および曲げ弾性の関係
Ld均一相のベシクルに対してcppが１より大きな脂質を添加し、脂質組成や温度の調製によりLo／Ld共存状態を出現させる。Loドメインサイズ・面積分率の異なるベシクルの変形過程を蛍光顕微鏡および共焦点顕微鏡により実時間記録する。Lo（あるいはLd）ドメインの輪郭揺らぎのフーリエ解析から線張力を定量し、ベシクル形状の揺らぎあるいは小角X線散乱（SAXS）測定から二分子膜の曲げ弾性率を求め、脂質分子のcppに依存した変形挙動に与える線張力と曲げ弾性のバランスについて検討する。
２．ベシクル変形と脂質分子やペプチドの膜内分布の関係
二分子膜の曲率変化は添加される脂質分子等のcppとカップリングして膜内での脂質分子の再配置（リピッドソーティング）を誘起する。蛍光標識した脂質分子やヘリックスペプチドの二分子膜内分布を蛍光顕微鏡・共焦点顕微鏡観察や金基盤に形成した支持二分子膜を用いたQCM法から評価する。併せて内膜・外膜での局在化をFRET蛍光消光のベシクルサイズ（曲率）依存性や小角X線散乱(SAXS)測定から決定される電子密度プロファイルより評価し、リピッドソーティングと変形モードの相関を検討する。
|
