脂質ケミカルバイオロジーの創成

• 研究課題/領域番号: 15H03121
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: ケミカルバイオロジー
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 松森 信明 九州大学, 理学研究院, 教授 (50314357)
• 研究協力者: 木下 祥尚
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円); 2017年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2016年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2015年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
• キーワード: 脂質ケミカルバイオロジー / 脂質 / 膜タンパク質 / 脂質ラフト / 表面プラズモン共鳴 / 蛍光 / 相互作用 / 蛍光脂質 / スフィンゴミエリン / セラミド / ケミカルバイオロジー

研究成果の概要

近年、脂質が膜タンパク質と相互作用して膜タンパク質の構造や機能を制御することが示唆され、脂質の生理的重要性が認識されてきた。しかし脂質と膜タンパク質の相互作用を評価する手法の欠如により、「脂質ケミカルバイオロジー」研究は立ち遅れている。本研究では、脂質ケミカルバイオロジー創成を目指し研究を行った。脂質特異的タンパク質取得を目指しビーズ上に脂質を固定した脂質固定ビーズの作成、表面プラズモン共鳴法による脂質と膜タンパク質の相互作用解析法の開発、膜タンパク質との相互作用を蛍光顕微鏡で観察するための蛍光脂質の開発などに成功し、脂質ケミカルバイオロジー研究プラットフォーム構築に必要な基盤技術を完成した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

生体膜には数千種に及ぶ多様な脂質が存在するが、脂質膜を形成するためにはこれほど多様な脂質は必要ない。近年、脂質が膜タンパク質と相互作用して膜タンパク質の構造や機能を制御することが示されたことから、それぞれの脂質は膜タンパク質と相互作用して何らかの生理的機能を発揮していると考えられる。本研究で開発した各種方法論を用いることで、脂質と膜タンパク質の相互作用を網羅的に解明できると期待される。これにより、上述の「脂質多様性の意義」という生物学における根源的問いに対する答えを見出すことができる。さらに脂質の生理機能の網羅的解明は、創薬にも繋がる可能性を秘めている。

研究成果

• [国際共同研究] Abo Akademi University(フィンランド)
• [雑誌論文] A concise method for quantitative analysis of interactions between lipids and membrane proteins (2019)
  • 著者名/発表者名: Inada Masataka、Kinoshita Masanao、Sumino Ayumi、Oiki Shigetoshi、Matsumori Nobuaki
  • 雑誌名: Analytica Chimica Acta 巻: 1059 ページ: 103-112
  • DOI: 10.1016/j.aca.2019.01.042
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Preparation and Membrane Distribution of Fluorescent Derivatives of Ceramide (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsufuji Takaaki、Kinoshita Masanao、Matsumori Nobuaki
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 35 号: 6 ページ: 2392-2398
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.8b03176
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theonellamide A, a marine-sponge-derived bicyclic peptide, binds to cholesterol in aqueous DMSO: Solution NMR-based analysis of peptide-sterol interactions using hydroxylated sterol (2019)
  • 著者名/発表者名: Cornelio Kimberly、Espiritu Rafael Atillo、Hanashima Shinya、Todokoro Yasuto、Malabed Raymond、Kinoshita Masanao、Matsumori Nobuaki、Murata Michio、Nishimura Shinichi、Kakeya Hideaki、Yoshida Minoru、Matsunaga Shigeki
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes 巻: 1861 号: 1 ページ: 228-235
  • DOI: 10.1016/j.bbamem.2018.07.010
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] On the Importance of the C(1)-OH and C(3)-OH Functional Groups of the Long-Chain Base of Ceramide for Interlipid Interaction and Lateral Segregation into Ceramide-Rich Domains (2018)
  • 著者名/発表者名: Mouts Anna、Vattulainen Elina、Matsufuji Takaaki、Kinoshita Masanao、Matsumori Nobuaki、Slotte J. Peter
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 34 号: 51 ページ: 15864-15870
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.8b03237
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Sphingomyelin Stereoisomers Reveal That Homophilic Interactions Cause Nanodomain Formation (2018)
  • 著者名/発表者名: Yano Yo、Hanashima Shinya、Yasuda Tomokazu、Tsuchikawa Hiroshi、Matsumori Nobuaki、Kinoshita Masanao、Al Sazzad Md. Abdullah、Slotte J. Peter、Murata Michio
  • 雑誌名: Biophysical Journal 巻: 115 号: 8 ページ: 1530-1540
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2018.08.042
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evidence of lipid rafts based on the partition and dynamic behavior of sphingomyelins (2018)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita Masanao、Suzuki Kenichi G.N.、Murata Michio、Matsumori Nobuaki
  • 雑誌名: Chemistry and Physics of Lipids 巻: 215 ページ: 84-95
  • DOI: 10.1016/j.chemphyslip.2018.07.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and stereochemical revision of the C31-C67 section of amphidinol 3 (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuma Wakamiya, Makoto Ebine, Mariko Murayama, Hiroyuki Omizu, Nobuaki Matsumori, Michio Murata, Tohru Oishi
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 印刷中 号: 21 ページ: 6060-6064
  • DOI: 10.1002/anie.201712167
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synthesis and Complete Structure Determination of a Sperm-Activating and -Attracting Factor Isolated from the Ascidian Ascidia sydneiensis (2018)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Tomohiro、Shibata Hajime、Ebine Makoto、Tsuchikawa Hiroshi、Matsumori Nobuaki、Murata Michio、Yoshida Manabu、Morisawa Masaaki、Lin Shu、Yamauchi Kosei、Sakai Ken、Oishi Tohru
  • 雑誌名: Journal of Natural Products 巻: 81 号: 4 ページ: 985-997
  • DOI: 10.1021/acs.jnatprod.7b01052
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic membrane interactions of antibacterial and antifungal biomolecules, and amyloid peptides, revealed by solid-state NMR spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Naito Akira、Matsumori Nobuaki、Ramamoorthy Ayyalusamy
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects 巻: 1862 号: 2 ページ: 307-323
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2017.06.004
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 蛍光修飾したスフィンゴミエリン誘導体の脂質ラフト観察への応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 木下 祥尚, 松森信明
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 58 ページ: 321-323
  • NAID: 130007522421
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recent Solid-State NMR Studies of Hydrated Lipid Membranes (2018)
  • 著者名/発表者名: Umegawa Yuichi、Matsumori Nobuaki、Murata Michio
  • 雑誌名: Annu. Rep. NMR Spectrosc. 巻: 94 ページ: 41-72
  • DOI: 10.1016/bs.arnmr.2017.12.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] 生体膜を標的にする天然有機化合物 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西村 慎一, 掛谷 秀昭, 松森信明
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 56 ページ: 678-685
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation and Membrane Properties of Oxidized Ceramide Derivatives (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsufuji Takaaki、Kinoshita Masanao、Mouts Anna、Slotte J. Peter、Matsumori Nobuaki
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 34 号: 1 ページ: 465-471
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.7b02654
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Emphatic visualization of sphingomyelin-rich domains by inter-lipid FRET imaging using fluorescent sphingomyelins (2017)
  • 著者名/発表者名: 1.Kinoshita M, Ano H, Murata M, Shigetomi K, Ikenouchi J, Matsumori N
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 16801-16801
  • DOI: 10.1038/s41598-017-16361-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The impact of metal complex lipids on viscosity and curvature of hybrid liposomes (2017)
  • 著者名/発表者名: R. Ohtani, T. Tokita, T. Takaya, K. Iwata, M. Kinoshita, N. Matsumori, M. Nakamura, L. F. Lindoy, S. Hayami
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 53 号: 99 ページ: 13249-13252
  • DOI: 10.1039/c7cc07944c
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Structures of the Largest Amphidinol Homologues from the Dinoflagellate Amphidinium carterae and Structure-Activity Relationships (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Satake, K. Cornelio, S. Hanashima, R. Malabed, M. Murata, N. Matsumori, H. Zhang, F. Hayashi, S. Mori, J. S. Kim, C.-H. Kim, J.-S. Lee
  • 雑誌名: Journal of Natural Products 巻: 80 号: 11 ページ: 2883-2888
  • DOI: 10.1021/acs.jnatprod.7b00345
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Channel Formation and Membrane Deformation via Sterol-Aided Polymorphism of Amphidinol 3 (2017)
  • 著者名/発表者名: Iwamoto M, Sumino A, Shimada E, Kinoshita M, Matsumori N, Oiki S
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 10782-10782
  • DOI: 10.1038/s41598-017-11135-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] NMR Studies on Natural Product-Stereochemical Determination and Conformational Analysis in Solution and in Membrane (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsumori Nobuaki、Murata Michio
  • 雑誌名: Experimental Approaches of NMR Spectroscopy 巻: - ページ: 383-414
  • DOI: 10.1007/978-981-10-5966-7_14
  • ISBN: 9789811059650, 9789811059667
  • 査読あり
• [雑誌論文] Raft-based sphingomyelin interactions revealed by new fluorescent sphingomyelin analogs (2017)
  • 著者名/発表者名: Masanao Kinoshita, Kenichi GN Suzuki, Nobuaki Matsumori, Misa Takada, Hikaru Ano, Kenichi Morigaki, Mitsuhiro Abe, Asami Makino, Toshihide Kobayashi, Koichiro M Hirosawa, Takahiro K Fujiwara, Akihiro Kusumi, Michio Murata
  • 雑誌名: J Cell Biol 巻: 未定 号: 4 ページ: 1183-1204
  • DOI: 10.1083/jcb.201607086
  • NAID: 120005998045
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Membrane protein structure determination by SAD, SIR, or SIRAS phasing in serial femtosecond crystallography using an iododetergent (2016)
  • 著者名/発表者名: Takanori Nakane, Shinya Hanashima, Mamoru Suzuki, Haruka Saiki, Taichi Hayashi, Keisuke Kakinouchi, Shigeru Sugiyama, Satoshi Kawatake, Shigeru Matsuoka, Nobuaki Matsumori, et al
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 113 号: 46 ページ: 13039-13044
  • DOI: 10.1073/pnas.1602531113
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sterol-dependent membrane association of the marine sponge-derived bicyclic peptide Theonellamide A as examined by 1H NMR (2016)
  • 著者名/発表者名: Kimberly Cornelio, Rafael Atillo Espiritu, Yasuto Todokoro, Shinya Hanashima, Masanao Kinoshita, Nobuaki Matsumori, Michio Murata, Shinichi Nishimura, Hideaki Kakeya, Minoru Yoshida, Shigeki Matsunaga
  • 雑誌名: Bioorganic & Medicinal Chemistry 巻: 24 号: 21 ページ: 5235-5242
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2016.08.043
  • 査読あり
• [雑誌論文] Marine sponge cyclic peptide theonellamide A disrupts lipid bilayer integrity without forming distinct membrane pores. (2016)
  • 著者名/発表者名: 1.Espiritu, R. A., Cornelio, K., Kinoshita, M., Matsumori, N., Murata, M., Nishimura, S., Kakeya, H., Yoshida, M. & Matsunaga, S.
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta 巻: 1858 号: 6 ページ: 1373-1379
  • DOI: 10.1016/j.bbamem.2016.03.019
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Structure of the Bimolecular Complex between Amphotericin B and Ergosterol in Membranes Is Stabilized by Face-to-Face van der Waals Interaction with Their Rigid Cyclic Cores (2016)
  • 著者名/発表者名: Yasuo Nakagawa, Yuichi Umegawa, Naohiro Matsushita, Tomoya Yamamoto, Hiroshi Tsuchikawa, Shinya Hanashima, Tohru Oishi, Nobuaki Matsumori, Michio Murata
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 55 号: 24 ページ: 3392-3402
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.6b00193
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lipid Interactions and Organization in Complex Bilayer Membranes (2016)
  • 著者名/発表者名: Engberg, O; Yasuda, T; Hautala, V; Matsumori, N; Nyholm, TKM; Murata, M; Slotte, JP
  • 雑誌名: BIOPHYSICAL JOURNAL 巻: 110 号: 7 ページ: 1563-1573
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2015.12.043
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Formation of Gel-like Nanodomains in Cholesterol-Containing Sphingomyelin or Phosphatidylcholine Binary Membrane As Examined by Fluorescence Lifetimes and H-2 NMR Spectra (2016)
  • 著者名/発表者名: Yasuda, T; Matsumori, N; Tsuchikawa, H; Lonnfors, M; Nyholm, TKM; Slotte, JP; Murata, M
  • 雑誌名: LANGMUIR 巻: 31 号: 51 ページ: 13783-13792
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.5b03566
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Role of polyol moiety of amphotericin B in ion channel formation and sterol selectivity in bilayer membrane. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, T., Umegawa, Y., Tsuchikawa, H., Matsumori, N., Hanashima, S., Murata, M., Haser, R., Rawlings, B. J., Caffrey, P.
  • 雑誌名: Bioorg. Med. Chem. 巻: 23 号: 17 ページ: 5782-5788
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2015.07.009
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Bioactive Structure of Membrane Lipids and Natural Products Elucidated by a Chemistry-Based Approach (2015)
  • 著者名/発表者名: Murata, M; Sugiyama, S; Matsuoka, S; Matsumori, N
  • 雑誌名: Chemical Record 巻: 15 号: 4 ページ: 675-690
  • DOI: 10.1002/tcr.201402097
  • 査読あり
• [雑誌論文] Orientation and Order of the Amide Group of Sphingomyelin in Bilayers Determined by Solid-State NMR (2015)
  • 著者名/発表者名: Matsumori, N; Yamaguchi, T; Maeta, Y; Murata,M
  • 雑誌名: BIOPHYSICAL JOURNAL 巻: 108 号: 12 ページ: 2816-2824
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2015.05.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deuterium NMR of Raft Model Membranes Reveals Domain-Specific Order Profiles and Compositional Distribution (2015)
  • 著者名/発表者名: Yasuda, T; Tsuchikawa, H; Murata, M; Matsumori, N
  • 雑誌名: BIOPHYSICAL JOURNAL 巻: 108 号: 10 ページ: 2502-2506
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2015.04.008
  • 査読あり
• [学会発表] 脂質間FRETを用いたコントラストの強調とスフィンゴミエリンリッチ領域の可視化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 木下祥尚，阿野光，重富健太，村田道雄，池内順一，松森信明
  • 学会等名: 日本化学会第99回春季年会2019
• [学会発表] 低流量電子線散乱法を用いた局所的な脂質充填構造の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山口晋平，木下祥尚， 松森信明
  • 学会等名: 日本化学会第99回春季年会2019
• [学会発表] アシル鎖長の異なるスフィンゴミエリンがドメイン形成に与える影響ー蛍光スフィンゴミエリンを用いた検討 (2019)
  • 著者名/発表者名: 平野佳奈，木下祥尚， 松森信明
  • 学会等名: 日本化学会第99回春季年会2019
• [学会発表] 質膜内葉と外葉の非対称性が人工ラフト膜の構造や物性に与える影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 古閑卓也，木下祥尚，松森信明
  • 学会等名: 日本化学会第99回春季年会2019
• [学会発表] 脂質固定ビーズによる脂質特異的タンパク質の同定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 安田裕貴， 松藤嵩明，木下祥尚，松森信明
  • 学会等名: 日本化学会第99春季年会
• [学会発表] 工膜脂質に対する吸入麻酔剤の作用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 川口翼，木下祥尚，松森信明
  • 学会等名: 日本化学会第99春季年会
• [学会発表] Detailed insight for the effect of specific interaction with lipids on membrane protein activation (2019)
  • 著者名/発表者名: Masataka Inada，Masanao Kinoshita，Masayuki Iwamoto，Shigetoshi Oiki，Nobuaki Matsumori
  • 学会等名: 日本化学会第99春季年会
• [学会発表] Crucial Role of Specific Interactions with Archeal Glycolipid S-TGA-1 in Structuralization and Functionalization of Bacteriorhodopsin (2018)
  • 著者名/発表者名: Masataka Inada，Masanao Kinoshita，Nobuaki Matsumori
  • 学会等名: 第56回日本生物物理学会年会
• [学会発表] 膜タンパク質-脂質相互作用に対する定量評価法の開発および特異的脂質の同定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 稲田壮峰，木下祥尚，松森信明
  • 学会等名: 日本分析化学会第67年会
• [学会発表] 異なるアシル鎖をもつ蛍光スフィンゴミエリの調製とドメイン形成の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 平野佳奈，木下祥尚，松森信明
  • 学会等名: 第12回バイオ関連化学シンポジウム
• [学会発表] 脂質膜中における膜作用性海洋天然物アンフィジノール3とステロールの相互作用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 檜枝愛美， 木下祥尚，松森信明
  • 学会等名: 第12回バイオ関連化学シンポジウム
• [学会発表] Development of a concise method for quantitative analysis of interactions between membrane proteins (2018)
  • 著者名/発表者名: Masataka Inada，Masanao Kinoshita，Nobuaki Matsumori
  • 学会等名: International Workshop on Biological Membranes : Tiny Lipids With Grand Function
  • 国際学会
• [学会発表] NMR and Fluorescent Studies of Lipid Rafts (2016)
  • 著者名/発表者名: Nobuaki Matsumori and Masanao Kinoshita
  • 学会等名: 9th Korea-Japan Seminars on Biomolecular Sciences: Experimental and Simulations
  • 発表場所: Gyeongju, Korea
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 脂質膜における動的挙動、構造および相互作用解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松森信明
  • 学会等名: 蛋白研セミナー Mechanism of Biology of Membrane: 生体膜上の生物化学
  • 発表場所: 吹田
  • 招待講演
• [学会発表] 脂質ラフト形成基盤の解明を目指したスフィンゴミエリンの動的およびNMR構造解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松森 信明
  • 学会等名: 日本化学会第96春季年会ケミカルバイオロジーの新機軸ー機器分析とライフイノベーション
  • 発表場所: 京田辺
  • 招待講演
• [学会発表] 脂質ラフトにおける脂質分子の動的挙動および構造解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松森信明
  • 学会等名: 第88回日本生化学会大会フォーラム
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-12-01
  • 招待講演
• [学会発表] 脂質ラフトのNMR解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松森信明、村田道雄
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢
  • 年月日: 2015-09-13
  • 招待講演
• [学会発表] NMR studies of lipid rafts (2015)
  • 著者名/発表者名: Nobuaki Matsumori, Tomokazu Yasuda, Toshiyuki Yamaguchi, Michio Murata
  • 学会等名: Pacifichem2015
  • 発表場所: Honolulu
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Small molecule interactions with membrane sterol (2015)
  • 著者名/発表者名: Pacifichem2015 "Small molecule interactions with membrane sterol" Nobuaki Matsumori, Yuichi Umegawa, Yasuo Nakagawa, Rafael Espiritu, Michio Murata (Honolulu, Dec. 2015)
  • 学会等名: Pacifichem2015
  • 発表場所: Honolulu
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 脂質膜の統合分析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松森信明
  • 学会等名: 第33回九州コロイドコロキウム
  • 発表場所: 福岡
  • 招待講演
• [図書] 天然物の化学Ⅱ（科学のとびら64) (2018)
  • 著者名/発表者名: 上村 大輔 編
  • 総ページ数: 192
  • 出版者: 東京化学同人
  • ISBN: 9784807915057
• [備考] 九州大学大学院理学研究院化学部門 生体分析化学研究室
  • URL: http://www.scc.kyushu-u.ac.jp/BioanalChem/index.html
• [備考] 九州大学大学院理学研究院化学部門 生体分析化学研究室
  • URL: http://www.scc.kyushu-u.ac.jp/BioanalChem/index.html