リポソーム中での細胞骨格形成による運動性モデル細胞の構築

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08408029
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 宝谷 紘一 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 教授 (80025444)
• 研究分担者: 伊藤 知彦 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 講師 (30183742)
• キーワード: 細胞骨格 / リポソーム / 微小管 / アクチン / モデル細胞 / 暗視野顕微鏡 / アクチン結合タンパク質

研究概要

生細胞では余りにも多数の要素と要因によって、細胞骨格が形成・解体されているのでその分子機構を研究することは容易ではない。そこで、当研究では必要成分のみから成るモデルシステムを組むことにより、機能の解析をより明確化する戦略をとった。
まず、膜小胞中で細胞骨格を再構成させる系を確立した。混合脂質の乾燥物に、チューブリンまたはアクチン溶液を加え、低温でリポソームを形成させる。この過程でタンパク質はリポソームに取り込まれる。リポソーム外部のタンパク質を希釈した後、温度上昇によって内部のタンパク質を重合させ、その結果生じてくるリポソームの形態変化を暗視野光顕を用いて映像記録した。
課題(1)。立体的ネットワーク構築を制御する細胞骨格連結タンパク質の働き方を解明するために、細胞骨格連結タンパク質を共存させてリポソーム形態への影響を探った。アクチン繊維の場合には、多数本を集めて束化させる(ファッシン、α-アクチニン等)、架橋を形成してゲル化させる(フィラミン等)連結タンパク質の効果を見た。これらの制御タンパク質の細胞骨格への結合能や束化能と、リポソームの形態変化との関連の分子機構を、形態解析により明らかにした。
課題(2)細胞小器官などをリポソームに封入する手段としての膜融合過程の解明のために、インフルエンザウイルス膜融合タンパク質のN端模倣膜融合ペプチドを用いて、リポソームどうしの融合過程を実時間で映像化し、その融合実体を明らかにした。また、ハチ毒メリチンの、膜融解生理活性ペプチドや界面活性剤の濃度を、微妙に制御することによってリポソームの融合を惹起させることに成功した。

研究成果

• [文献書誌] M.Honda et al.: "Morphogenesis of Liposomes Encapsulating Actin Depends on the Type of Actin-Crosslinking." J.Mol.Biol.287. 293-300 (1999)
• [文献書誌] T.Kaneko et al.: "Morphological Transformation of Liposomes Caused by Assembly of Encapsulated Tubulin and Determination of Shape by Microtubule Associated Proteins(MAPs)." J.Mol.Biol.284. 1671-1681 (1998)
• [文献書誌] A.Saitoh et al.: "Opening-up of liposome membranes by talin." Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 95. 1026-1031 (1998)
• [文献書誌] Y.Tanaka-Takiguchi et al.: "Visualization of the GDP-Dependent Switching in the Growth Polarity of Microtubules." J.Mol.Biol.280. 365-373 (1998)
• [文献書誌] T.Umeda et al.: "Theoretical Analysis of Shape Transformations of Liposomes Caused by Microtubule Assembly." J.Physical Soc.Japan. 67. 682-688 (1998)
• [文献書誌] T.J.Itoh et al.: "Phosphorylation States of Microtubule-Associated Protein 2(MAP2)Determine the Regulatory Role of MAP2 in Microtubule Dynamics." Biochemistry. 36. 12574-12582 (1997)
• [文献書誌] 宝谷紘一: "生物に学ぶマシン-柔らかく優しく動く機械" KUBAPRO, 175 (1998)
• [文献書誌] 宝谷紘一: "生物工学基礎コース、生物物理学" (丸善), 130 (1998)