2021 Fiscal Year Annual Research Report
Unraveling of mechanisms of functional cluster formation of glycolipids and verification of the hierarchical structure by high-resolution single-molecule imaging
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21H02424
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
鈴木 健一 岐阜大学, 糖鎖生命コア研究所, 教授 (50423059)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ガングリオシド / GPIアンカー型タンパク質 / １分子観察 / 超解像顕微鏡法 / ラフト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、高精度1分子・超解像顕微鏡観察技術に基づき、生細胞膜上で糖脂質は糖鎖により、GPIアンカー型タンパク質は細胞外タンパク質により、機能性集合体を誘起し、ラフト脂質がそれを安定化するという概念を検証する。さらに、このような複合体自体を集める大きな膜領域（階層構造）が存在するかを検証する。もし、階層構造がある場合は、その形成機構を明らかにすることを目的としている。今まで、糖脂質ガングリオシド蛍光プローブが開発されていなかったために、生細胞膜上の糖脂質ガングリオシドの動態研究は皆無であった。しかし、我々は8種のガングリオシド蛍光プローブを開発済みであり、これを用いて、上記課題に挑んだ。
今年度、糖脂質の一つであるラクトシルセラミドの光学異性体間のヘテロダイマー寿命は、D体同士、L体同士のホモダイマー寿命よりもずっと短くなることを見出した。さらに全原子分子動力学計算の結果もこれを支持していた。従って、糖鎖の特異的相互作用がラクトシルセラミドのホモダイマーを誘起していることが明らかとなった。
さらに今年度、機能性分子集合体を集める大きな膜ドメイン（階層構造）の有無を検証するために、ラフト分子の2色同時超解像顕微鏡観察を行い、その画像の解析法を開発した。さらに、脂質の脂肪酸同士の膜表裏カップリングにより、大きな膜ドメインが誘起されるかどうかを調べるために、細胞膜内層分子と外層分子の2色同時超解像顕微鏡観察法と解析法も開発した。
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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
GPIアンカー型受容体や糖脂質のホモダイマーの一般性を検証できた。また、ラクトシルセラミドの光学異性体間のヘテロダイマー寿命が、D体同士、L体同士のホモダイマー寿命よりもずっと短いことから、ラクトシルセラミドは特異的な糖鎖間相互作用でホモダイマーを形成することが明らかになった。これは、糖脂質の糖鎖間相互作用が、ホモダイマーを誘起することを確認でき、目標を達成できた。
また、階層構造があるかどうかを検証するための実験系も確立できた。すなわち、上記ラフトマーカー分子を2色同時に超解像顕微鏡観察することにより、分子同士の共局在する領域、つまり階層構造を検出することが可能になった。
また、脂質の脂肪酸同士の膜表裏カップリングの有無を検証する実験系も確立できた。すなわち、膜内層分子と外層分子を2色同時観察し、上記と同様の解析を行うことが可能になった。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記のように実験系を確立できたので、今後は、解析してデータを得ていく。
細胞膜外層のラフト分子同士の大きな膜ドメインでの共局在が、タンパク質相互作用によるものか、脂質相互作用だけによるものなのかを明らかにしていく。また、これらの外層分子を集める大きな膜ドメインと細胞膜内層の脂質ドメインとが共局在するかどうかを検証していく。共局在する場合、脂質相互作用だけによるのか、タンパク脂質相互作用も関与するかを明らかにしていく。
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