ナノメ-トル技術による細胞接着膜蛋白質の運動の直接観察:膜蛋白質の集合機構の解析

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02454558
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 楠見 明弘 東京大学, 教養学部, 助教授 (50169992)
• キーワード: ナノメ-トル技術 / カドヘリン / 細胞接着 / ケラチノサイト / 膜蛋白質 / 側方拡散 / 膜ドメイン

研究概要

ナノメ-トル技術により、細胞接着を形成している細胞(マウス由来のケラチノサイト)上で、細胞接着膜蛋白質であるカドヘリン分子の運動を測定した。その結果、カドヘリン分子の細胞膜上の運動には以下の3種のモ-ドがあり、しかも、1つの分子がこの3種のモ-ドを交換しながら運動していることが明らかになった。
(1)膜上の制限されたドメイン内部での拡散:細胞膜上の一辺が100ー200nm程度の小ドメイン内部でのランダムな拡散運動。運動はドメインの内部に強く制限されている。
(2)ドメイン内での方向性を持った拡散運動:短期的(1ー2秒以内)には(1)と同じく制限された拡散運動を行うが、長期的(4ー5秒以上)にはある方向に輸送されていく。
(3)直線的な移動:数百ナノメ-トルの距離を1方向に直線的に移動する。移動速度は、約1μm/sである。また、本来カドヘリンを持たない細胞(マウス由来の繊維芽細胞)に、野性形または、遺伝子工学的に細胞質部位のほとんどを欠損させた変異型のカドヘリン分子の遺伝子を組み込んで発現させた細胞において、それらのカドヘリン分子の細胞膜上での運動を解析した。その結果、野生型のカドヘリン分子が、制限されたドメイン内での拡散運動を行っているのに対し、細胞質部位を欠損したカドヘリン分子は、拡散範囲の制限を受けず、膜上の広い範囲をほぼ自由に運動できることが明らかになった。
以上の新たに得られた知見は、いずれも我々の提唱しているcytoskeletal fence model(膜骨格が細胞質側から膜に仕切りを形成して膜内在性タンパク質の局在化を制御しているというモデル)を支持するものである。また、部分的な細胞膜の流れがあることも示唆された。)

研究成果

• [文献書誌] W.K,Subczynski,W.E.Antholine,J.S.Hyde,and A.Kusumi: "Microimmiscibility and threeーdimensional structure of unsaturated phosphatidylcholineーcholesterol members:translational diffusion of a squareーplanar copper complex in membranes." Biochemistry. 29. 7936-7945 (1990)
• [文献書誌] A.Kusumi,A.Tsuji,M.Murata,Y.Sako,S.Kagiwada and S Ohaishi: "Development of timeーresolved microfluorimetry and its application to cellular membrans." Timeーresolved laser spectroscopy in biochemistry II SPIE proceedings 1204(J.R.Lakowicz.Ed). 1204. 776-783 (1990)
• [文献書誌] M.PasenkiewiczーGierula,W.K.Subczynski,and A.Kusumi.: "Rotational diffusion of a steroid molecule in phosphatidylcholineーcholesterol membranes:fluid phase separation in unsaturatedーphosphatidylcholineーcholesterol membranes" Biochemistry. 29. 4059-4069 (1990)