リポクオリティとラフト構造・機能の相関の高精度１分子観察による解明

• 研究領域: 脂質クオリティが解き明かす生命現象
• 研究課題/領域番号: 16H01358
• 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: 生物系
• 研究機関: 岐阜大学 (2017); 京都大学 (2016)
• 研究代表者: 鈴木 健一 岐阜大学, 研究推進・社会連携機構, 教授 (50423059)
• 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: 9,880千円 (直接経費: 7,600千円、間接経費: 2,280千円); 2017年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2016年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
• キーワード: 糖脂質 / GPIアンカー型タンパク質 / スフィンゴミエリン / 細胞膜ドメイン / ラフト / １分子観察 / 脂質 / 生物物理 / シグナル伝達 / 糖鎖 / 細胞・組織 / 1分子計測

研究実績の概要

細胞膜上のシグナル伝達のプラットフォームとして「脂質ラフト」という概念が注目されて久しいが、その構造やシグナル伝達における役割などは、まだまだ論争が続いている。細胞膜は非常に多くの種類の脂質で構成されているために、ラフトー非ラフトの領域の境界の線張力が下がり、大きなラフトが形成されにくいことが、ラフト研究の難しさの原因とされている。本研究では高精度1分子イメージング法を用いて、１）細胞膜上の小さなラフトの形成機構を解明し、２）ラフトがその小ささを生かしながらどのように機能（細胞内へのシグナル伝達や抑制）するのかを解明することを目的とする。これにより脂質クオリティの多様性の生理的意義の一つを見出す。
前年度までに、ラフト脂質マーカーであるスフィンゴミエリン(SM)プローブ、DSPCプローブ、非ラフト脂質マーカーであるDOPCプローブを開発（世界初）し、小さなラフトの形成機構を明らかにした。
当該年度は、細胞膜の側方方向の相互作用の他に、表裏のカップリングによってラフト形成がなされるかどうかを検証した。そのために、飽和脂肪酸を1本含むPSの発現量が少ないCHO細胞膜上でも、ガングリオシドのホモダイマーが形成されるかどうかを1分子観察によって調べた。結果、ガングリオシドのホモダイマーの寿命は、ホスファチジルセリン（PS）の量に左右されないことが明らかになった。また、短鎖の脂肪酸を持つガングリオシドでもホモダイマーを形成できることを見出した。これらの結果は、ガングリオシドとPSの脂肪酸の膜表裏カップリングではなく、ガングリオシドの糖鎖相互作用がホモダイマー形成の駆動力になっていることを示唆している。
また、現在、ガングリオシドGM3の形成する小さなラフトによるEGF受容体の活性化制御機構の解明を進めている。

現在までの達成度 (段落)

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

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] 国立生命科学研究センター(NCBS)/幹細胞・再生医学研究所(inStem)(インド)
• [雑誌論文] Super-long single-molecule tracking reveals dynamic-anchorage-induced integrin function. (2018)
  • 著者名/発表者名: Takaaki A. Tsunoyama, Yusuke Watanabe, Junri Goto, Kazuma Naito, Rinshi S. Kasai, Kenichi G. N. Suzuki, Takahiro K. Fujiwara, Akihiro Kusumi.
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 巻: 14 号: 5 ページ: 497-506
  • DOI: 10.1038/s41589-018-0032-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Revealing the raft domain organization in the plasma membrane by single-molecule imaging of fluorescent ganglioside analogs. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kenichi G. N. Suzuki, Hiromune Ando, Naoko Komura, Akihiro Imamura, Hideharu Ishida, Makoto Kiso, Takahiro K. Fujiwara, Akihiro Kusumi.
  • 雑誌名: Methods in Enzymology 巻: 598 ページ: 267-282
  • DOI: 10.1016/bs.mie.2017.06.038
  • 査読あり
• [雑誌論文] Native prion protein homodimers are destabilized by oligomeric amyloid beta1-42 species as shown by single-molecule imaging. (2018)
  • 著者名/発表者名: Sachin S. Tiwari, Yuki M. Shirai, Yuri L. Nemoto, Kumiko Kojima, Kenichi G. N. Suzuki.
  • 雑誌名: Neuroreport 巻: 29 号: 2 ページ: 106-111
  • DOI: 10.1097/wnr.0000000000000916
  • 査読あり
• [雑誌論文] ガングリオシドプローブの1分子観察によりラフト動態を探る (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健一
  • 雑誌名: 生化学 巻: 89 号: 1 ページ: 121-125
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2017.890121
  • NAID: 40021119840
  • ISSN: 0037-1017
  • 年月日: 2017-02-25
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of fluorescent gangliosides for the studies of raft domains. (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoko Komura, Kenichi G. N. Suzuki, Hiromune Ando, Miku Konishi, Akihiro Imamura, Hideharu Ishida, Akihiro Kusumi, Makoto Kiso.
  • 雑誌名: Methods in Enzymology 巻: 597 ページ: 239-263
  • DOI: 10.1016/bs.mie.2017.06.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of new ganglioside probes and unraveling of raft domain structure by single-molecule imaging. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenichi G. N. Suzuki, Hiromune Ando, Naoko Komura, Takahiro K. Fujiwara, Makoto Kiso, Akihiro Kusumi.
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta 巻: 1861 号: 10 ページ: 2494-2506
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2017.07.012
  • 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] Raft-based interactions of gangliosides with a GPI-anchored receptor (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Komura, K. G. N. Suzuki, H. Ando, M. Konishi, M. Koikeda, A. Imamura, R. Chadda, T. K. Fujiwara, H. Tsuboi, R. Sheng, W. Cho, K. Furukawa, K. Furukawa, Y. Yamauchi, H. Ishida, A. Kusumi (Co-Corresponding Author), and M. Kiso
  • 雑誌名: Nat. Chem. Biol. 巻: in press 号: 6 ページ: 402-410
  • DOI: 10.1038/nchembio.2059
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Confined diffusion of transmembrane proteins and lipids induced by the same actin meshwork lining the plasma membrane (2016)
  • 著者名/発表者名: T. K. Fujiwara, Iwasawa, K., Kalay, Z., Tsunoyama, T. A. Y. Watanabe, Y. M. Umemura, H. Murakoshi, K. G. N. Suzuki, Y. L., Nemoto, N. Morone, A. Kusumi
  • 雑誌名: Mol. Cell Biol. 巻: 27 号: 7 ページ: 1101-1119
  • DOI: 10.1091/mbc.e15-04-0186
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] 1分子観察によるラフト組織化と機能の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健一
  • 学会等名: 大阪大学蛋白質研究所セミナー生体膜の生物化学
  • 招待講演
• [学会発表] 1分子観察によるガングリオシドのクラスター形成機構とEGF受容体活性制御機構の解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健一
  • 学会等名: 新学術領域研究「神経糖鎖生物学」最終班会議
  • 発表場所: JPタワー名古屋
  • 年月日: 2017-03-03
  • 招待講演
• [学会発表] 高精度1分子観察で初めて明らかになった細胞膜構造とシグナル伝達機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健一
  • 学会等名: 第３回医薬獣連携研究会プログラム
  • 発表場所: 岐阜薬科大学
  • 年月日: 2017-01-27
  • 招待講演
• [学会発表] 1分子観察で明らかになったガングリオシドクラスター形成とそのEGF受容体活性制御機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健一
  • 学会等名: ConBio2017
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞膜の組織化と機能：高精度１分子法による解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健一
  • 学会等名: 名古屋大IGERセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 高精度1分子イメージングで明らかになったラフト組織化と機能 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健一
  • 学会等名: 第10回セラミド研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Unraveling of raft organization and function by single-molecule imaging. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenichi G. N. Suzuki
  • 学会等名: International seminar on biophysics and chemical biology of biomembranes and lipid bilayers
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 細胞膜上での超高速1分子蛍光観察法 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健一
  • 学会等名: 第55回日本生物物理学会
  • 招待講演
• [学会発表] 1分子観察で明らかになったガングリオシドのクラスター形成機構とEGF受容体活性制御機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健一
  • 学会等名: 第59回日本脂質生化学会
  • 招待講演
• [学会発表] Regulation mechanisms of EGF receptor activity by gangliosides as revealed by single-molecule imaging (2016)
  • 著者名/発表者名: Kenichi G. N. Suzuki
  • 学会等名: The 8th Asian Community for Glycoscience and Glycotechnology
  • 発表場所: Jiangnan University, Wuxi, China
  • 年月日: 2016-10-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 1分子イメージングにより明らかになったガングリオシドの糖鎖相互作用によるEGF受容体活性制御機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健一
  • 学会等名: 日本プロテオーム学会2016年大会
  • 発表場所: 北里大学
  • 年月日: 2016-07-28
  • 招待講演
• [学会発表] Unraveling of raft organization and function by single-molecule imaging of new ganglioside probes (2016)
  • 著者名/発表者名: Kenichi G. N. Suzuki
  • 学会等名: The 21st iCeMS International Symposium
  • 発表場所: Kyoto University, Kyoto
  • 年月日: 2016-06-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 脂質の挙動をありのままに再現する蛍光プローブでラフトの形成機構を解明
  • URL: http://www.icems.kyoto-u.ac.jp/ja/news/3598
• [備考] 新しい糖脂質蛍光プローブを開発して細胞膜の"筏ナノドメイン"を解明
  • URL: https://www.icems.kyoto-u.ac.jp/ja/news/2732