蛍光標識脂質を用いた脂質膜の動的秩序解析

• 研究領域: 生命分子システムにおける動的秩序形成と高次機能発現
• 研究課題/領域番号: 16H00773
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 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)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2017年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2016年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: 脂質ラフト / スフィンゴミエリン / セラミド / 蛍光

研究実績の概要

脂質ラフトはコレステロールやスフィンゴ脂質に富んだ秩序性の高い領域で、近年その生理的重要性が認識されてきた。一方で、生成と崩壊を繰り返しつつ自己組織化しているため、特に生細胞膜におけるラフト形成の分子基盤は未解明のままである。我々は本新学術の第一期において時間分解能の高い蛍光寿命測定や共焦点蛍光顕微鏡を導入し、ラフト観察に成果を挙げてきた。本研究では、第一期において有用性が示された蛍光スフィンゴミエリン(SM)の設計脂質に基づいて、新たに各種脂質の蛍光標識体を開発し、蛍光観察による脂質膜動的秩序改正の高度化を図る。さらに、単純な人工膜ばかりでなく、脂質の外葉と内葉の組成の異なる非対称膜、さらには生細胞膜へと研究対象を拡大していくことを目指した。
本研究では、すでにSM、およびSMのトランス二重結合を還元したジヒドロスフィンゴミエリンの蛍光標識体の調製に成功した。またアシル鎖長の異なるSM蛍光標識体も合成し、ラフトにおける挙動の解析を行ったところ、予想に反して長鎖のSMのラフト集積性が低くなる結果が得られた（論文準備中）。さらにセラミドに蛍光基を導入した蛍光セラミドの合成にも成功し、論文発表およびプレスリリースを行った（Langmuir 2019）。これらの標識体はいずれももとの脂質の性質をよく再現していた。さらにラフトの可視化を目指し、蛍光SM間のFRETによりラフトをより鮮明に可視化する技術の開発にも成功した（Chem Phys Lipids 2018）。これらの蛍光脂質はすでに生体膜にも導入し、ラフトの可視化および脂質の動的秩序の解明に成功した（Sci Rep.2017)。さらに非対称膜の作成にも成功し、外葉に形成された脂質ラフトが内葉に与える影響について蛍光脂質を用いて解析した。このように当初予定していた以上の研究成果を達成することができた。

現在までの達成度 (段落)

平成29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成29年度が最終年度であるため、記入しない。

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 Fragment of Amphidinol 3 (2018)
  • 著者名/発表者名: Wakamiya Yuma、Ebine Makoto、Murayama Mariko、Omizu Hiroyuki、Matsumori Nobuaki、Murata Michio、Oishi Tohru
  • 雑誌名: Angewandte Chemie 巻: 130 号: 21 ページ: 6168-6172
  • DOI: 10.1002/ange.201712167
  • 査読あり
• [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] 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] 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
• [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
• [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] 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] 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] 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] 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
• [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] 脂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回春季年会2019
• [学会発表] 人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回春季年会2019
• [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
• [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
• [図書] Experimental Approaches of NMR Spectroscopy. Methodology and Application to Life Science and Materials Science (2017)
  • 著者名/発表者名: Naito, Akira 編
  • 総ページ数: 636
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 9789811059650
• [備考] 九州大学大学院理学研究院化学
  • 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/