2015 Fiscal Year Research-status Report
脂質膜のメカノアシンメトリー：圧力研究から見えてくる脂質分子非対称性
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26410016
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
松木 均 徳島大学, ソシオテクノサイエンス研究部, 教授 (40229448)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
玉井 伸岳 徳島大学, ソシオテクノサイエンス研究部, 准教授 (00363135)
後藤 優樹 徳島大学, ソシオテクノサイエンス研究部, 助教 (30507455)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 脂質膜 / 高圧力 / 相転移 / 指組み構造 / 非対称脂質 / ホスファチジルコリン / メカノアシンメトリー / 膜内イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脂質膜研究において頻用されているのは、脂質分子内グリセロール骨格のsn-1位とsn-2位に結合している２つの疎水基構造が等価な対称型グリセロリン脂質である。しかし、実際の生体膜に含まれるリン脂質は、sn-1位とsn-2位に結合している疎水基構造が非等価な非対称型グリセロリン脂質が大半である。本研究では、非対称型リン脂質二重膜の形成機構や構造特性に関する知見を得ることを目的に、脂質分子内非対称性に起因する脂質膜の力学的非対称性（メカノアシンメトリー）を調査している。
昨年度は、sn-1位とsn-2位のアシル鎖炭素数の差が４つである飽和非対称型PC脂質、1-ミリストイル-2-ステアロイルPC（MSPC: C14C18PC）およびその位置異性体である1-ステアロイル-2-ミリストイルPC（SMPC: C18C14PC）の形成する二重膜が温度および圧力誘起相転移を観測し、両PC二重膜の温度－圧力相図を構築した。
本年度は、昨年度に得られた両PC二重膜の温度－圧力相図に基づいて、高圧蛍光プローブ測定を行い、MSPCおよびSMPC両非対称型PC二重膜に対して膜内分子充填状態に関するイメージマップを作成した。MSPC二重膜は高圧力下における指組み構造化を含む複雑な挙動を示したが、SMPC二重膜ではゲル－液晶相転移パターンのみが見られた。脂質分子内の非対称度（アシル鎖先端のミスマッチ）の差異により、二重膜相挙動は大きく異なることをイメージマップ上で視覚的に明確にすることができた。
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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
昨年度に構築した飽和非対称型PC脂質であるSMPCとMSPCが形成する二重膜の温度－圧力相図に基づいて、本年度は膜内蛍光プローブProdan用いた高圧蛍光プローブ測定を実施した。昨年度の示差走査熱量測定や高圧光透過率測定では、結晶相－ゲル相間、ゲル相－ゲル相間、ゲル相－液晶相間の各相転移を検出することができたが、二重膜－非二重膜間転移である指組み構造化は捉えることができなかった。そこで、両PC二重膜の指組み構造形成に焦点を当て、指組み構造形成が観測されると予測される圧力を選択し、その圧力一定下で蛍光プローブ測定を行い、得られたスペクトルデータを解析し、結果を３次元的に表示することで両PC二重膜相挙動に関するイメージマップを作成した。
イメージマップは膜内分子充填状態の変化、すなわち相転移の様子を視覚的に捉えることができる。アシル鎖間のミスマッチが比較的小さい（先端炭素数差2.5個）MSPCの二重膜では高圧力下、昇温に伴い、結晶相から、指組み結晶相、指組みゲル相、リップルゲル相、液晶相へと相転移する様子をイメージマップ上で明瞭で確認することができた。他方、アシル鎖間のミスマッチが大きな（先端炭素数差5.5個）SMPCの二重膜では、リップルゲル相から液晶相へと相転移する様子が観測できたが、ラメラゲル相からリップルゲル相への転移はほとんど検知ができなかった。また、MSPC二重膜とSMPC二重膜のイメージマップの比較から、両者の結晶相形成には速度論的には大きな差があることが明らかとなり、両者の結晶相構造には何らかの差異があることが分かった。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度の実験において、SMPCおよびMSPCの相転移挙動を明らかにすることができた。さらに非対称性が大きな（sn-1位とsn-2位の鎖間のミスマッチが６つ以上のもの）PC脂質、例えばC16C10PCやC18C10PCおよびそれらの異性体などについては、特殊な指組み構造（部分指組み構造および混合指組み構造）を形成することが期待されるため､高圧力における指組み構造形成の調査は大変興味深い。しかしながら、昨年度に行った脂質試薬の調査では、残念ながら脂質試薬メーカーの市販品中に非対称性が大きなPC脂質は無かった。脂質メーカーへこれらの非対称型PC脂質の合成依頼について問い合わせてみたが、かなりの経費が必要であった。本年度は、まず非対称性がより大きな飽和非対称型脂質が有機合成により作製することができるかどうかを検討する。非対称性が大きなPC脂質の実験が困難な場合には、市販品として入手可能な飽和鎖とオレイン酸やリノール酸のような不飽和鎖との混合鎖を有する非対称型混合鎖PC（一例として1-パルミトイル-2-リノレイル-PCなど）に対象脂質を変更する。
本年度は、最終年度であることから、これまでに非対称性型PC脂質二重膜に対して得られた結果を、以前に得られた結果（ミスマッチが異なる他種類の非対称型PC脂質（SPPC、PSPC、MPPC、PMPC）およびこれらの非対称型PC脂質とアシル鎖全炭素数が等価である対称型PC脂質（C15PC、C16PC（DPPC）、C17PC））のものと比較し、非対称型PC脂質二重膜の共通的な特性、対称型PC脂質二重膜との類似点や相違点について総括的な考察を行う。
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