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2015 年度 実績報告書

生体膜脂質ドメインの構成とダイナミクスの分子解析

研究課題

研究課題/領域番号 25293015
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

小林 俊秀  国立研究開発法人理化学研究所, 佐甲細胞情報研究室, 客員主管研究員 (60162004)

研究分担者 村手 源英  国立研究開発法人理化学研究所, 佐甲細胞情報研究室, 研究員 (30311369)
石塚 玲子  国立研究開発法人理化学研究所, 小林脂質生物学研究室, 専任研究員 (60342747) [辞退]
阿部 充宏  国立研究開発法人理化学研究所, 佐甲細胞情報研究室, 専任研究員 (90415068)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2017-03-31
キーワードスフィンゴミエリン / ラマン分光 / カベオレ / ホスホリパーゼC / コレステロール / 脂肪滴 / PLIN2 / Rab18
研究実績の概要

スフィンゴミエリン(SM)のクラスター形成機構: SMはクラスター化することによりSM分子同士の水素結合に起因する特徴的なラマン散乱を示すことを見出した。特徴的なラマンスペクトルを指標に、SMはジオレオイルホスファチジルコリン中ではクラスターを形成し、ジパルミトイルホスファチジルコロイン中では分散して存在すること、またコレステロールはSMと相互作用することでSM間の水素結合を阻害することを見出した。
カベオレの形成機構:膜の形状を変化させるタンパク質のスクリーニングを行った結果、ホスホリパーゼCベータ1(PLCb1)が酵素活性に依存せず、ホスファチジルエタノールアミン依存的に人工膜を管状に変化させることを見出した。細胞内で過剰発現したPLCb1および酵素活性を欠損したPLCb1の変異体はいずれも形質膜を管状に変化させた。またPLCb1を欠損した動物細胞変異株では細胞膜の特徴的な陥入構造であるカベオレが欠損していた。この結果はPLCb1がカベオレ形成に重要な役割を果たしていることを示唆している。
脂肪滴形成におけるコレステロールの役割:遊離コレステロールの蓄積は非アルコール性肝炎において重要な役割を果たしている。本研究ではヒト由来の肝培養細胞を用いてアシルコレステロールアシルトランスフェラーゼ阻害剤により遊離コレステロールを蓄積させた際の脂肪滴の動態について解析した。その結果遊離コレステロールの蓄積は脂肪滴の肥大化、脂肪滴の主要タンパク質であるPLIN2の分解、さらに低分子量GTP結合タンパク質Rab18に依存した脂肪滴と小胞体との融合を引き起こすことが明らかになった。

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

本研究では以下の3つの項目について明らかにすることを目的としている:
1.細胞膜中にスフィンゴ脂質とコレステロールの複合体は存在するのか?存在するとしたらその複合体はどのような時間的、空間的分布を示すのか?
2.何が脂質のクラスター化を引き起こすのか?
3.脂質ラフトの裏側はどうなっているのだろうか?
本年度はこのうち2.3.について研究を進めることができた。2.についてはスフィンゴミエリンのクラスターをラマン分光により解析する手段を見出した。また、3については脂質ラフトの一つといわれるカベオレの形成に形質膜裏側のホスファチジルエタノールアミンが重要な役割を果たしていることが示唆された。また、細胞へのコレステロールの影響を調べる過程でコレステロールが脂肪滴の分布、動態に大きく影響することを見出した。1.については新奇プローブの開発、利用について研究を進めている。

今後の研究の推進方策

「細胞膜中にスフィンゴ脂質とコレステロールの複合体は存在するのか?存在するとしたらその複合体はどのような時間的、空間的分布を示すのか?」について研究を完成させる。

次年度使用額が生じた理由

平成27年11月、新規脂質プローブの精製が困難なことが明らかになった。その後の検討でこの問題を解決できることが明らかになり、それらを踏まえた新しい条件下でプローブの調製を再度行った上で、応用実験に供することになった。その結果新規プローブの応用実験が平成28年度の遂行予定となった。

次年度使用額の使用計画

物品費(血清、プラスチック器具等)、人件費(実験補助)、旅費(国際学会での発表)、その他(投稿料等)を計上した。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2016 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 謝辞記載あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 5件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] 国立科学研究センター(CNRS)/国立衛生医学研究所(INSERM)(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      国立科学研究センター(CNRS)/国立衛生医学研究所(INSERM)
  • [国際共同研究] クイーンズランド大学(オーストラリア)

    • 国名
      オーストラリア
    • 外国機関名
      クイーンズランド大学
  • [国際共同研究] 国立化学研究所(スロベニア)

    • 国名
      スロベニア
    • 外国機関名
      国立化学研究所
  • [国際共同研究] マギル大学(カナダ)

    • 国名
      カナダ
    • 外国機関名
      マギル大学
  • [雑誌論文] Detection of sphingomyelin clusters by Raman spectroscopy.2016

    • 著者名/発表者名
      Shirota K, Yagi K, Inaba T, Li PC, Murata M, Sugita Y, Kobayashi T.
    • 雑誌名

      Biophys J

      巻: 111 ページ: 999-1007

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2016.07.035

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Acute accumulation of free cholesterol induces the degradation of perilipin 2 and Rab18-dependent fusion of ER and lipid droplets in cultured human hepatocytes.2016

    • 著者名/発表者名
      Makino A, Hullin-Matsuda F, Murate M, Abe M, Tomishige N, Fukuda M, Yamashita S, Fujimoto T, Vidal H, Lagarde M, Delton I, Kobayashi T.
    • 雑誌名

      Mol Biol Cell

      巻: 27 ページ: 3293-3304

    • DOI

      10.1091/mbc.E15-10-0730

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Phospholipase Cβ1 induces membrane tubulation and is involved in caveolae formation.2016

    • 著者名/発表者名
      Inaba T, Kishimoto T, Murate M, Tajima T, Sakai S, Abe M, Makino A, Tomishige N, Ishitsuka R, Ikeda Y, Takeoka S, Kobayashi T.
    • 雑誌名

      Proc Natl Acad Sci USA

      巻: 113 ページ: 7834-7839

    • DOI

      10.1073/pnas.1603513113

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Detectors for evaluating the cellular landscape of sphingomyelin- and cholesterol-rich membrane domains.2016

    • 著者名/発表者名
      Kishimoto T, Ishitsuka R, Kobayashi T.
    • 雑誌名

      Biochim Biophys Acta

      巻: 1861 ページ: 812-829

    • DOI

      10.1016/j.bbalip.2016.03.013

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Pore-forming toxins: Properties, diversity, and uses as tools to image sphingomyelin and ceramide phosphoethanolamine.2016

    • 著者名/発表者名
      Yamaji-Hasegawa A, Hullin-Matsuda F, Greimel P, Kobayashi T.
    • 雑誌名

      Biochim. Biophys Acta

      巻: 1858 ページ: 576-592

    • DOI

      10.1016/j.bbamem.2015.10.012

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Transbilayer distribution of lipids in the plasma membrane revealed by immuno-electron microscopy2016

    • 著者名/発表者名
      Murate M
    • 学会等名
      57th International Conference on the Bioscience of Lipids
    • 発表場所
      Chamonix Mont-Blanc, France
    • 年月日
      2016-09-04 – 2016-09-08
    • 国際学会
  • [学会発表] Elucidation of the natural regioisomer of the endosome-specific lipid bis(monoacylglycero)phosphate2016

    • 著者名/発表者名
      Lim SR, Tan HH, Hullin-Matsuda F, Sudesh K, Gram LH, Greimel P, Kobayashi T
    • 学会等名
      57th International Conference on the Bioscience of Lipids
    • 発表場所
      Chamonix Mont-Blanc, France
    • 年月日
      2016-09-04 – 2016-09-08
    • 国際学会
  • [学会発表] Phosphatidylglycerol analog regulates the synthesis of the endosome-specific lipid bis(monoacylglycero)phosphate2016

    • 著者名/発表者名
      Tan HH, Hullin-Matsuda F, Lim SR, Sudesh K, Gram LH, Greimel P, Kobayashi T
    • 学会等名
      57th International Conference on the Bioscience of Lipids
    • 発表場所
      Chamonix Mont-Blanc, France
    • 年月日
      2016-09-04 – 2016-09-08
    • 国際学会
  • [学会発表] Phospholipase C beta 1 induces membrane tubulation and is involved in caveolae formation2016

    • 著者名/発表者名
      Inaba T, Kishimoto T, Murate M, Tajima T, Sakai S, Abe M, Makino A, Tomishige N, Ishitsuka R, Ikeda Y, Takeoka S, Kobayashi T
    • 学会等名
      57th International Conference on the Bioscience of Lipids
    • 発表場所
      Chamonix Mont-Blanc, France
    • 年月日
      2016-09-04 – 2016-09-08
    • 国際学会
  • [学会発表] Imaging lipids and lipid domains2016

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi T
    • 学会等名
      Joint meeting of the membrane sections of the French and German Biophysical Societies
    • 発表場所
      Bad Herrenalb, Germany
    • 年月日
      2016-04-11 – 2016-04-14
    • 国際学会
  • [備考]

    • URL

      http://lipidology.riken.jp/

URL: 

公開日: 2018-01-16  

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