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膜タンパク質は、物質輸送や情報伝達、エネルギー変換、細胞分化など生命機能にとって必須の役割を担う重要な分子であり、主要な創薬ターゲットでもある。本研究の目的は、外部から投与した膜タンパク質分子を細胞膜へ導入する方法を確立し、生きた細胞上での膜タンパク質の機能と構造を解析することである。このために申請者らがこれまで研究をおこなってきた脂質-ペプチドナノ粒子系を活用する。2021年度までに、ナノ粒子を作製し、標的脂質膜であるリポソーム膜との融合を様々な手法を用いて評価するとともに、膜タンパク質モデルとなる膜貫通ペプチドのナノ粒子への埋め込みについて検討した。ナノ粒子とリポソームとを混合すると、ナノ粒子中の脂質二重層の相転移に伴うナノディスクの不安定化によって、ナノ粒子中の脂質分子がリポソーム膜へ移動することを密度勾配遠心分離法と蛍光強度に基づく定量法を組み合わせることにより確認した。さらにこの分子移動を蛍光顕微鏡法によって視覚的に観察することに成功した。ナノ粒子およびリポソームの脂質組成を変えて検討した結果、この膜融合には、ナノ粒子および標的リポソーム膜両方の脂質二重層が液晶相であることが必要であった。したがって、融合を温度によってコントロールすることが可能であると示唆された。また、膜貫通ペプチドをナノ粒子中に埋め込むプロトコルを確立し、ナノ粒子とリポソーム膜の融合を通じて膜貫通ペプチドがリポソーム膜へ移動することを確認した。最終年度である2022年度は、このナノディスクを培養細胞へ投与し、ナノディスク成分の細胞膜への移行を観察した。その結果、ナノディスク脂質が細胞膜へ高い効率で移行することが明らかとなった。
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