タンパク質を含む生体膜モデル反応場での脂質分子配向および反応活性の制御と検出

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23685003
• 研究機関: 豊橋技術科学大学
• 研究代表者: 手老 龍吾 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40390679)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 1分子計測 / 脂質 / 表面・界面物性

研究概要

本研究課題では、支持平面脂質二重膜(SLB)にタンパク質を導入することで真に生体膜モデル反応場として機能する人工脂質膜系を構築し、膜内の脂質およびタンパク質の分子配向と反応活性を検出・制御することを目的としている。平成24年度までにphosphatidylcholine (PC)+phosphatidylinositol (PI)-SLB上に幅20-300 nmのdepletionドメインが形成され、これが膜変形モジュールタンパク質F-BARの自己組織化反応における核生成サイトとして働くことを見出した。平成25年度は蛍光一分子追跡法(SMT)を用いてPC+PI-SLBの流動性とその時空間依存性の評価を行った。射入射照明法によってマイカ基板上で、ビデオレート(33 fps)～高速観察(500 fps)で2種類の蛍光標識脂質(BODIPY-H-PC、DiI)を用いてSMT計測を行い、10-40 ms, 60-100 msにおいて段階的に拡散係数が減少する異常拡散現象がPC+PI-SLB中で起きていることを明らかにした。この際の空間依存性はAFM観察におけるdepletionドメインの大きさと密度から得られる値と良く一致しており、depletionドメインが拡散障壁として働いているといえる。核形成サイトとして働く低流動性領域(depletion)と、初期過程においてこのサイトにF-BAR分子を供給する周囲の高流動性領域、という2種類のドメインの物性と役割の関連を直接示すことができた。
また、SLBへの電場印加と電気特性計測を行うためにCCDイオンイメージセンサ上へのPC-SLB形成を行い、その流動性をfluorescence recovery after photobleachingによって計測した。その結果、本センサに用いるイオン感応膜上のSLBは非流動成分が30%存在するにもかかわらず流動成分が高い流動性を保持していることを明らかにした。

現在までの達成度 (区分)

理由

25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

25年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Formation and fluidity measurement of supported lipid bilayer on polyvinyl chloride membrane (2014)
  • 著者名/発表者名: Takuji Kobayashi, Akiteru Kono, Masato Futagawa, Kazuaki Sawada, and Ryugo Tero
  • 雑誌名: AIP Conf. Proc. 巻: 1585 ページ: 145-152
  • DOI: 10.1063/1.4866633
  • 査読あり
• [雑誌論文] Forming two-dimensional structure of DNA-functionalized Au nanoparticles via lipid diffusion in supported lipid bilayers (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Isogai, A. Piednoir, E. Akada, Y. Akahoshi, R. Tero, S. Harada, T. Ujihara and M. Tagawa
  • 雑誌名: J. Cryst .Growth 巻: 未定 ページ: 未定
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2014.01.032
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ecofriendly Route for the Synthesis of Highly Conductive Graphene Using Extremophiles for Green Electronics and Bioscience (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Raveendran, N. Chauhan, Y. Nakajima, H. Toshiaki, S. Kurosu, Y. Tanizawa, R. Tero, Y. Yoshida, T. Hanajiri, T. Maekawa, P. M. Ajayan, A. Sandhu and D. S. Kumar
  • 雑誌名: Part. Part. Syst. Charact 巻: 30 ページ: 573-578
  • DOI: 10.1002/ppsc.201200126
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of graphene oxide reduced through chemical and biological processes (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Boutchich, A. Jaffre, D. Alamarguy, J. Alvarez, A. Barras, Y. Tanizawa, R. Tero, H. Okada, T. V. Thu, J. P. Kleider and A. Sandhu
  • 雑誌名: J. Phys.: Conf. Ser. 巻: 433 ページ: 012001(9 pages)
  • DOI: 10.1088/1742-6596/433/1/012001
  • 査読あり
• [学会発表] Artificial Lipid Membranes on Graphene Derivatives
  • 著者名/発表者名: R. Tero, Y. Okamoto, B. M. N. Muazam Shah, S. Iwasa and A. Sandhu
  • 学会等名: 2013 JSAP-MRS Joint Symposia
  • 発表場所: Kyoto, Japan
• [学会発表] Supported lipid membranes on graphene oxide and reduced graphene oxide: Effect of the degree of reduction
  • 著者名/発表者名: R. Tero, B. M. N. Muazam Shah, Y. Okamoto, S. Iwasa and A. Sandhu
  • 学会等名: The 245th American Chemical Society (ACS) National Meeting
  • 発表場所: New Orleans, LA, USA
• [学会発表] Structure and Properties of Microdomains in Phosphatidylinositol-Containing Supported Lipid Bilayers
  • 著者名/発表者名: T. Motegi, K. Takiguchi, Y. Tanaka-Takiguchi and R. Tero
  • 学会等名: 12th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-12)
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
• [学会発表] Quantum dots conjugation to supported lipid bilayers formed on graphene oxide
  • 著者名/発表者名: Y. Okamoto, T. Motegi, S. Iwasa, A. Sandhu and R. Tero
  • 学会等名: 12th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-12)
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
• [学会発表] Artificial Cell Membrane Systems at Solid-Liquid Interfaces
  • 著者名/発表者名: R. Tero, T. Motegi, Y. Okamoto, T. Kobayashi, M. N. B. M. Shah, S. Iwasa, A. Sandhu, M. Futagawa and K. Sawada
  • 学会等名: The Irago Conference 2013
  • 発表場所: Tahara, Japan
• [学会発表] Single Molecule Diffusion Analysis forMicrodomains in Phosphatidylinositol-Containing Supported Lipid Bilayers
  • 著者名/発表者名: T. Motegi, K. Takiguchi, Y. Tanaka-Takiguchi and R. Tero
  • 学会等名: The Irago Conference 2013
  • 発表場所: Tahara, Japan
• [学会発表] Quantum Dot Conjugation to Model Cell Membranes on Graphene Oxide for the Evaluation of Membrane Fluidity
  • 著者名/発表者名: Y. Okamoto, T. Motegi, S. Iwasa, A. Sandhu and R. Tero
  • 学会等名: The Irago Conference 2013
  • 発表場所: Tahara, Japan
• [学会発表] Formation of Model Cell Membrane on Polyvinyl Chloride Membrane
  • 著者名/発表者名: T. Kobayashi, A. Kono, M. Futagawa, K. Sawada and R. Tero
  • 学会等名: The Irago Conference 2013
  • 発表場所: Tahara, Japan
• [学会発表] Artificial lipid membranes on graphene oxide (GO) and the effect of the reduction degree of GO
  • 著者名/発表者名: R. Tero, M. N. B. M. Shah, Y. Okamoto, S. Iwasa and A. Sandhu
  • 学会等名: European Conference of Information Systems 2013 (ECIS2013)
  • 発表場所: Sofia, Bulgaria
• [学会発表] 支持平面脂質二重膜を用いた脂質とタンパク質の動的挙動のその場観察
  • 著者名/発表者名: 手老 龍吾
  • 学会等名: 第64回コロイドおよび界面化学討論会
  • 発表場所: 名古屋・名古屋工業大
  • 招待講演
• [学会発表] 人工細胞膜中での脂質およびタンパク質の動的挙動の観察
  • 著者名/発表者名: 手老 龍吾
  • 学会等名: 第5回CIMoS(協奏分子システム研究センター)セミナー
  • 発表場所: 岡崎・分子研
  • 招待講演
• [学会発表] フォスファチジルイノシトール含有脂質二重膜の構造および流動性評価
  • 著者名/発表者名: 茂木 俊憲, 滝口 金吾, 滝口 陽子, 手老 龍吾
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 相模原・青山学院大
• [学会発表] 量子ドット標識によるグラフェン酸化物上脂質二重膜の流動性評価
  • 著者名/発表者名: 岡本 吉晃, 茂木 俊憲, 岩佐 精二, サンドゥー アダルシュ, 手老 龍吾
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 相模原・青山学院大
• [学会発表] 単一分子拡散に基づくphosphatidylinositol含有人工脂質二重膜の構造と流動性評価
  • 著者名/発表者名: 茂木 俊憲, 滝口 金吾, 滝口 陽子, 手老 龍吾
  • 学会等名: 日本化学会第94春季年会
  • 発表場所: 名古屋・名古屋大
• [学会発表] グラフェン酸化物上への人工脂質膜の形成およびその流動性評価
  • 著者名/発表者名: 岡本 吉晃, 茂木 俊憲, 岩佐 精二, サンドゥー アダルシュ, 手老 龍吾
  • 学会等名: 日本化学会第94春季年会
  • 発表場所: 名古屋・名古屋大
• [学会発表] 脂質膜内微小ドメインを足場として進む膜変形モジュールタンパク質の自己組織化反応
  • 著者名/発表者名: 茂木 俊憲, 滝口 金吾, 滝口 陽子, 伊藤 俊樹, 手老 龍吾
  • 学会等名: 第33回表面科学学術講演会
  • 発表場所: つくば・つくば国際会議場
• [学会発表] サブミクロン微小ドメインを持つフォスファチジルイノシトール含有脂質二重膜の構造観察と流動性計測
  • 著者名/発表者名: 茂木 俊憲, 手老 龍吾, 滝口 金吾, 滝口 陽子
  • 学会等名: バイオ・マイクロシステム研究会「革新的バイオデバイス」
  • 発表場所: 東京・東京大生産研
• [学会発表] グラフェン酸化物上への細胞膜モデル系の作製とその観察
  • 著者名/発表者名: 手老 龍吾, 岡本 吉晃, ムアザム シャー ビン マット ノール, 岩佐 精二, サンドゥー アダルシュ
  • 学会等名: 応用物理学会有機分子・バイオエレクトロニクス分科会研究会「有機分子・バイオエレクトロニクスの新たな挑戦」
  • 発表場所: 新潟・新潟大学駅南キャンパス
• [学会発表] Phosphatidylinositol含有脂質二重膜内微小ドメインの構造と物性
  • 著者名/発表者名: 茂木 俊憲, 滝口 金吾, 滝口 陽子, 手老 龍吾
  • 学会等名: 第64回コロイドおよび界面化学討論会
  • 発表場所: 名古屋・名古屋工業大
• [学会発表] グラフェン酸化物上に形成した脂質二重膜への量子ドット修飾
  • 著者名/発表者名: 岡本 吉晃, 茂木 俊憲, 岩佐 精二, サンドゥー アダルシュ, 手老 龍吾
  • 学会等名: 第64回コロイドおよび界面化学討論会
  • 発表場所: 名古屋・名古屋工業大
• [図書] 応用物理 (83) 「シャボン玉のように作れる細胞膜モデル」 (2014)
  • 著者名/発表者名: 手老 龍吾
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: 応用物理学会
• [備考] 手老研究室ウェブサイト
  • URL: http://www.eiiris.tut.ac.jp/tero/index_jp.html