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2023 年度 実施状況報告書

細胞膜構造形成における形質膜局所の秩序性変化の可視化

研究課題

研究課題/領域番号 23K18141
研究機関九州大学

研究代表者

池ノ内 順一  九州大学, 理学研究院, 教授 (10500051)

研究期間 (年度) 2023-06-30 – 2025-03-31
キーワード生体膜 / スフィンゴミエリン / コレステロール / 可視化 / 膜流動性 / ソルバトクロミック色素 / タイトジャンクション / ラフト
研究実績の概要

生体膜を構成する脂質分子種は数千種類に及ぶ。生体膜において、これらの脂質分子種が時空間的に不均一に分布することが、多様な細胞内機能に関わると考えられている。人工脂質二重膜において、スフィンゴ脂質やコレステロールは、秩序性の高い膜領域を形成し、他の膜領域と相分離する性質を示す。しかしながら、実際に、生細胞の形質膜の物性が、領域ごとによって不均一であるかについては、解析する手法が存在しないため未解明である。
私たちの研究室では、これまで一貫して、上皮細胞の細胞膜構造に着目して、細胞生物学および脂質生化学の研究を進めてきた。これまでに、外界との物質交換に関わる微絨毛や上皮細胞のバリア機能を担う細胞間接着装置タイトジャンクションなどの細胞膜構造において、スフィンゴミエリンやコレステロールなどの脂質が集積していることを報告している(Ikenouchi et al. J Cell Sci 2013, Shigetomi et al. J Cell Biol 2018、Shigetomi et al. PNAS 2023)。細胞膜構造の形成メカニズムを考えるうえで、このような脂質の集積は膜の物性の局所的変化を引き起こし、それにより膜タンパク質の自己集合状態や細胞骨格との相互作用に影響を及ぼすと考えられるが、直接的にこれらの細胞膜構造において膜の物性が変化していることを示すことは出来ていない。
今年度は、共同研究者の東京工業大学の小西玄一先生が新たに作出された、膜環境の秩序性に応じて蛍光特性を変化させるソルバトクロミック色素FπCMを用いて、細胞分裂の過程や上皮細胞を観察することによって、膜秩序性の変化のライブイメージング観察に取り組んだ。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

膜環境の秩序性に応じて蛍光特性を変化させるソルバトクロミック色素FπCMは、これまでに使用されていたラウルダンなどの既存のソルバトクロミック色素に比べて細胞毒性、光毒性が少なく、長期間の生命現象をライブイメージング観察可能であることが明らかになった。

今後の研究の推進方策

ソルバトクロミック色素の多くは、脂溶性で形質膜のみならず細胞内膜にも移行し、上皮細胞の膜領域に応じた膜秩序性の変化を検出することが困難である。ソルバトクロミック色素の局在性を制御する方法論を確立し、今後は細胞膜の局所の膜流動性の変化を捉えることを目指す。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] Strasbourg University(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      Strasbourg University
  • [雑誌論文] Fluorescent Solvatochromic Probes for Long-Term Imaging of Lipid Order in Living Cells2024

    • 著者名/発表者名
      Takuya Tanaka, Atsushi Matsumoto, Andery S Klymchenko, Eiji Tsurumaki, Junichi Ikenouchi, Gen-Ichi Konishi
    • 雑誌名

      Advanced Science

      巻: 2309721 ページ: e2309721

    • DOI

      10.1002/advs.202309721.

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Tight Junctions Workshop2023

    • 著者名/発表者名
      Junichi Ikenouchi
    • 学会等名
      How are tight junctions different from other cell adhesion structures?
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Roles of membrane lipids in tight junction formation2023

    • 著者名/発表者名
      Junichi Ikenouchi
    • 学会等名
      Tight Junctions: from Structure and Development to Therapeutics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] タイトジャンクション形成における細胞膜脂質の役割2023

    • 著者名/発表者名
      重富健太、池ノ内順一
    • 学会等名
      第96回日本生化学会

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公開日: 2024-12-25  

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