Unraveling of mechanisms of functional cluster formation of glycolipids and verification of the hierarchical structure by high-resolution single-molecule imaging

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H02424
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43030:Functional biochemistry-related
• Research Institution: Gifu University
• Principal Investigator: Suzuki Kenichi 岐阜大学, 糖鎖生命コア研究所, 教授 (50423059)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ラフト / 糖脂質 / GPIアンカー型タンパク質 / 1分子観察 / 細胞膜ドメイン / アクチン

Outline of Final Research Achievements

In this study, single-molecule imaging of glycolipid probes revealed that all the examined glycolipids formed short-lived homodimers in cell plasma membranes due to specific glycan-glycan interactions. In addition, super-resolution microscopic observation showed that domains of GPI-anchored proteins with strong protein-protein affinity, strongly colocalized with domains of inner membrane phospholipids anchored to cytoskeletal actin, and that GPI-anchored proteins formed homodimers in these regions. These observations suggest that glycolipids induce functional assembly by glycans and GPI-anchored proteins by extracellular proteins and that there is a hierarchical structure that concentrates such molecular complexes.

Free Research Field

細胞生物物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

今まで、特異的タンパク質相互作用によるGPIアンカー型タンパク質のホモダイマー形成を明らかにしていたが、本研究の１分子観察により、糖鎖―糖鎖間の特異的相互作用により糖脂質もホモダイマーすることを見出した。さらに、これらのホモダイマーを集める大きな膜ドメインが、細胞膜内層でアクチンに結合したリン脂質のドメインとの相互作用により形成されることを見出した。これらは、GPIアンカー型タンパク質や糖脂質の会合体形成やドメイン形成機構といった長年の問題を解明する重要な知見である。