光ピンセット走査力顕微鏡の開発と細胞膜研究への応用

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09358014
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 楠見 明弘 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 教授 (50169992)
• 研究分担者: 千葉 徳男 セイコーインスツルメンツ株式会社, 基礎技術研究所, 研究員
• キーワード: 光トラップ / カンチレバー / 走査力顕微鏡 / 細胞膜 / 金コロイド / ラテックスビーズ / 膜タンパク質 / 膜裏打ちタンパク質

研究概要

本研究の目的は、光トラップ(OT)をカンチレバーとし、光トラップに3次元的に捕捉された金コロイド微粒子に結合させた抗体や他のタンパク質を探針とする、走査力顕微鏡(Scanning Force Microscope-SFM)を開発することであった。この方法の応用範囲は広いが、特に、細胞膜の研究に適しており、細胞膜の領域構造の研究に応用しつつ、開発を進めた。ライフサイエンス分野の多くの応用において、通常の原子間力顕微鏡にまさる方法にするのが目標である。本研究においては、原子間力顕微鏡のカンチレバーの部分を光トラップで置き換える。さらに、探針(または膜タンパク質などが探針となるときには、これに力を伝えるトランスデューサ)は特定のタンパク質を結合させた金コロイド微粒子(直径40nm)、または、ラテックスビーズ(直径210nm)である。バネ定数は、前者の場合0.03-10pN/mm、後者の場合0.1-50pN/mmの範囲で変えられる。
本年度は、特にOT-SFMを細胞膜の研究に応用しつつ、装置の改善、実用化をはかった。主題は、膜タンパク質の局在化・集合の機構、および、それに果たす膜裏打ちタンパク質ネットワーク/細胞骨格の構造変化の役割、膜タンパク質-細胞骨格相互作用の役割の解明であった。具体的には、プローブの調整法を確立した。さまざまな工夫の結果、多くのタンパク質やモノクローナル抗体について、一価性、または、一価のように振る舞う金コロイド-タンパク質複合体の調整法が開発できた。さらに、装置の実用試験を多数の細胞の細胞膜について行い、多くの細かい改良を加えた。

研究成果

• [文献書誌] M.Pasenkiewicz-Gierula: "Charge-pairing of headgroups in phosphatidylcholine membranes. A molecular dynamics simulation study."Biophys. J.. 76. 1228-1240 (1999)
• [文献書誌] M.Tomishige: "Compartmentalization of the erythrocyte membrane by the membrane skeleton: intercompartmental hop diffusion of band3."Mol.Biol.Cell. 10. 2475-2479 (1999)
• [文献書誌] A.Kusumi: "Mobility and cytoskeletal interactions of cell adhesion molecules."Curr.Opinion Cell Biol.. 11. 582-590 (1999)
• [文献書誌] A.Kusumi: "Foreword for "New Approaches to Membrane Organization. The Proceedings of the Third International Membrane Research Forum"."Biophys. Chem.. 82. 81-82 (1999)
• [文献書誌] M.Pasenkiewicz-Gierula: "Cholesterol effects on the phosphatidylcholine bilayer polar region: a molecular simulation study."Biophys.J.. 78(in press). (2000)
• [文献書誌] I.Dan: "Molecular cloning of MINK, a novel member of mammalian GCK family kinases, which is upregulated during postnatal mouse cebral development."FEBS Lett.. (in press). (2000)