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2014 年度 実績報告書

細胞模倣膜2次元・3次元ダイナミクスの解析、設計と制御

研究課題

研究課題/領域番号 26289311
研究機関北陸先端科学技術大学院大学

研究代表者

高木 昌宏  北陸先端科学技術大学院大学, マテリアルサイエンス研究科, 教授 (00183434)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード相分離 / リポソーム / コレステロール / 荷電脂質 / 流動性
研究実績の概要

細胞膜は,様々な種類の脂質分子を含む二分子膜構造によって構成され,膜面には飽和脂質とコレステロールの多い領域(相分離ドメイン,ラフトドメイン)が存在するとされている.ラフトの性質や形成メカニズムに関する研究は中性脂質を中心に行われてきた.しかし,一般的に生体膜は多くの負に帯電したリン脂質を含んでおり,その静電的な効果が相分離に及ぼす影響は明らかになっていない.
本研究では,不飽和脂質,飽和脂質,コレステロールの3成分[負荷電不飽和脂質(DOPG)/中性飽和脂質(DPPC)/コレステロール(Chol),中性不飽和脂質(DOPC)負荷電飽和脂質(DPPG)/Chol,DOPG/DPPG/Chol]を混合し,静置水和法を用いてサンプルを作成した.膜表面電荷を負荷電脂質の混合比で調節し,膜構造(膜表面の相分離ドメイン)を共焦点レーザー顕微鏡により観察した.
負荷電脂質PGを含まないDOPC/DPPC/Cholの系では,液体秩序(Lo)相と液体無秩序(Ld)相が共存し,Cholは飽和脂質を多く含むLo相に局在する.Cholの局在に注目すると,中性飽和脂質(DPPC)を負荷電飽和脂質(DPPG)に変えたDOPC/DPPG/CholではDOPC-richな相に,中性不飽和脂質(DOPC)を負荷電不飽和脂質(DOPG)に変えたDOPG/DPPC/CholではDOPG-richな相に,両方を負荷電脂質にしたDOPG/DPPG/CholではDOPG-richな相にCholが局在することがわかった.これより,Cholの局在のしやすさはDOPG>DPPC>DOPC>DPPGの順であることを見出した.
このコレステロールの局在のし易さをLaurdanによる流動性測定,FRAP(Fluorescence Recovery After Photobleaching)による拡散係数測定により考察した

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

荷電脂質に関する相分離構造の情報は、きわめて限られており、新しい知見が得られている。海外の一流雑誌にも論文が掲載され、学会発表等も積極的に行っており、予定通りに進んでいると言ってよいと判断した。

今後の研究の推進方策

次の2点について、重点的に研究を行う。(1)細胞の信号伝達に目を向けると、神経細胞におけるシナプス小胞に代表されるような、小胞輸送を基盤としたミクロ空間外への物質輸送が、情報伝達において重要な役割を担っていることが理解できる。我々は既に、空間内部に向けての小胞形成について報告している(J.Phys.Chem.B 2007)。膜脂質の電荷やタンパク質との相互作用によって、小胞形成の方向を空間外へと操れる可能性についても検討を続行し、アミロイドペプチド等の小胞輸送メカニズムを解析している。そこで、空間相互の情報交換を小胞輸送を介して可能とするような、「ミクロ空間・情伝達システム」の基盤技術を開発する。(2)蛍光観察や原子間力顕微鏡(AFM)、さらにはその組み合わせにより、モデル膜系の研究から提案された生細胞膜における相分離構造について検証する。既に予備的な実験は行っている。Jurkat細胞のラフト領域をコレラ毒Bサブユニット(CTB)で可視化した場合、免疫系を活性化するレクチンであるコンカナバリンAで処理すると、ラフトの集積が認められ、濃い蛍光像が観察できる。しかし、細胞膜中のコレステロールをメチルβシクロデキストリンで除いた細胞では、ラフトの集積が観察できない。低コレステロール状態は、モデル膜ではSo相を形成している状態が考えられ、この結果は、生きた細胞の相分離状態に複数のパターンが存在する可能性を示唆している。
そこで、コレステロールの含量、種類などが生細胞膜の相分離構造に与える影響と、物質相互作用について解析を実施する予定である。

  • 研究成果

    (29件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 5件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (23件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Charge-induced phase separation in lipid membranes2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Himeno, Naofumi Shimokawa, Shigeyuki Komura, David Andelman, Tsutomu Hamada, Masahiro Takagi
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: 10 ページ: 7959-7967

    • DOI

      10.1039/C4SM01089B

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Endo- and exocytic budding transformation of slow-diffusing membrane domains induced by Alzheimer’s amyloid beta2014

    • 著者名/発表者名
      Masamune Morita, Tsutomu Hamada, Mun'delanji C. Vestergaard, Masahiro Takagi
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 16 ページ: 8773-8777

    • DOI

      10.1039/C4CP00434E

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Localization of amyloid beta (Aβ1-42) protofibrils in membrane lateral compartments: Effect of cholesterol and 7-Ketocholesterol2014

    • 著者名/発表者名
      Huong T.T. Phana, Mun’delanji C. Vestergaard, KeangOk Baek, Naofumi Shimokawa,
    • 雑誌名

      FEBS Letters

      巻: 588 ページ: 3483-3490

    • DOI

      10.1016/j.febslet.2014.08.007

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Structure-dependent interactions of polyphenols with a biomimetic membrane system2014

    • 著者名/発表者名
      Huong T.T. Phan, Tsuyoshi Yoda, Bindu Chahal, Masamune Morita, Masahiro Takagi,
    • 雑誌名

      Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Biomembranes

      巻: 1838 ページ: 2670-2677

    • DOI

      10.1016/j.bbamem.2014.07.001

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Computational extraction of a neural molecular network through alternative splicing2014

    • 著者名/発表者名
      Shafiul Alam, Huong Thi Thanh Phan, Mio Okazaki, Masahiro Takagi, Kozo Kawahara, Toshifumi Tsukahara and Hitoshi Suzuki
    • 雑誌名

      BMC Res Notes

      巻: 19 ページ: 934

    • DOI

      10.1186/1756-0500-7-934

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 局所麻酔薬が細胞模倣膜の流動性に与える影響2015

    • 著者名/発表者名
      菅原 恒, 下川 直史,高木 昌宏
    • 学会等名
      日本化学会第95春季年会
    • 発表場所
      日本大学理工学部 船橋キャンパス  千葉県 船橋市
    • 年月日
      2015-03-28
  • [学会発表] 界面活性剤による刺激性と膜ダイナミクスの関連性2015

    • 著者名/発表者名
      竹村 征樹, 下川 直史,辻野 義雄,高木 昌宏
    • 学会等名
      日本化学会第95春季年会
    • 発表場所
      日本大学理工学部 船橋キャンパス  千葉県 船橋市
    • 年月日
      2015-03-27
  • [学会発表] 冷感剤メントールが与えるT細胞の膜流動性と信号伝達への影響2015

    • 著者名/発表者名
      薮内里実・遠藤智史・白京玉・星野邦秀・辻野義雄・下川直史・高木昌宏
    • 学会等名
      日本化学会第95春季年会
    • 発表場所
      日本大学理工学部 船橋キャンパス  千葉県 船橋市
    • 年月日
      2015-03-26
  • [学会発表] 静電効果と脂質の相転移の結合を取り入れた荷電脂質膜の相分離2015

    • 著者名/発表者名
      下川直史、姫野泰輝、濱田勉、高木昌宏、好村滋行、DavidAndelman
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学 東京都 新宿区
    • 年月日
      2015-03-22
  • [学会発表] 脂質分子の電荷が引き起こす膜構造変化と塩添加の影響:膜孔形成と相分離構造とのカップリング2015

    • 著者名/発表者名
      姫野泰輝、下川直史、濵田勉、高木昌宏
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学 東京都 新宿区
    • 年月日
      2015-03-22
  • [学会発表] 荷電脂質や塩添加に影響される脂質膜中のコレステロールの局在2015

    • 著者名/発表者名
      斉田拓巳,姫野泰輝、下川直史、高木昌宏
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学 東京都 新宿区
    • 年月日
      2015-03-22
  • [学会発表] 脂質二重膜での相分離におけるハイブリッド脂質の物理的役割2014

    • 著者名/発表者名
      下川 直史、長田 真理子、高木 昌宏
    • 学会等名
      平成26年度北陸地区講演会と研究発表会
    • 発表場所
      富山大学  富山県 富山市
    • 年月日
      2014-11-21
  • [学会発表] 脂質膜中のコレステロールの局在に対する荷電脂質と塩添加の影響2014

    • 著者名/発表者名
      斉田拓巳,姫野泰輝、下川直史、高木昌宏
    • 学会等名
      平成26年度北陸地区講演会と研究発表会
    • 発表場所
      富山大学  富山県 富山市
    • 年月日
      2014-11-21
  • [学会発表] 界面活性剤による膜ダイナミクスと刺激性評価2014

    • 著者名/発表者名
      竹村 征樹, 下川 直史,辻野 義雄,高木 昌宏
    • 学会等名
      平成26年度北陸地区講演会と研究発表会
    • 発表場所
      富山大学  富山県 富山市
    • 年月日
      2014-11-21
  • [学会発表] 冷感剤メントールによるT細胞の膜流動性と信号伝達への影響2014

    • 著者名/発表者名
      薮内里実・遠藤智史・白京玉・星野邦秀・辻野義雄・下川直史・高木昌宏
    • 学会等名
      平成26年度北陸地区講演会と研究発表会
    • 発表場所
      富山大学  富山県 富山市
    • 年月日
      2014-11-21
  • [学会発表] 局所麻酔薬が細胞膜倣膜の流動性に与える影響2014

    • 著者名/発表者名
      菅原 恒, 下川 直史 , 高木 昌宏
    • 学会等名
      平成26年度北陸地区講演会と研究発表会
    • 発表場所
      富山大学  富山県 富山市
    • 年月日
      2014-11-21
  • [学会発表] Physical property change of bio-mimetic membrane due to interaction with local anesthetics2014

    • 著者名/発表者名
      菅原 恒, 下川 直史,高木 昌宏
    • 学会等名
      BICON-2014
    • 発表場所
      BiyaniGrowp of College インド ジャイプール
    • 年月日
      2014-10-14
  • [学会発表] 局所麻酔薬による生体模倣膜の物性変化2014

    • 著者名/発表者名
      菅原 恒, 下川 直史,高木 昌宏
    • 学会等名
      日本生物工学会大会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター、札幌、北海道
    • 年月日
      2014-09-11
  • [学会発表] 局所麻酔薬と生体模倣膜の相互作用による膜性質変化2014

    • 著者名/発表者名
      菅原 恒, 下川 直史,高木 昌宏
    • 学会等名
      日本化学会 生体機能関連化学シンポジウム
    • 発表場所
      岡山大学津島キャンパス 岡山県 岡山市
    • 年月日
      2014-09-11
  • [学会発表] 冷感剤メントールによるT細胞の膜流動性変化と信号伝達2014

    • 著者名/発表者名
      薮内里実・遠藤智史・白京玉・星野邦秀・辻野義雄・下川直史・高木昌宏
    • 学会等名
      第66回 日本生物工学会大会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター、北海道 札幌市
    • 年月日
      2014-09-11
  • [学会発表] 冷感剤メントールがT細胞の膜流動性と信号伝達に与える影響2014

    • 著者名/発表者名
      薮内里実・遠藤智史・白京玉・星野邦秀・辻野義雄・下川直史・高木昌宏
    • 学会等名
      バイオ関連化学シンポジウム
    • 発表場所
      岡山大学津島キャンパス 岡山県 岡山市
    • 年月日
      2014-09-11
  • [学会発表] 膜ダイナミクスから見たアミノ酸系界面活性剤の皮膚刺激性2014

    • 著者名/発表者名
      竹村 征樹, 下川 直史,辻野 義雄,高木 昌宏
    • 学会等名
      第66回 日本生物工学会大会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター、北海道、札幌市
    • 年月日
      2014-09-11
  • [学会発表] 局所麻酔薬の膜相互作用による流動性変化2014

    • 著者名/発表者名
      菅原 恒, 下川 直史,高木 昌宏
    • 学会等名
      日本化学会 生体機能関連化学シンポジウム 若手フォーラム
    • 発表場所
      岡山大学津島キャンパス 岡山県 岡山市
    • 年月日
      2014-09-10
  • [学会発表] ハイブリッド脂質を含む多成分混合脂質膜の相挙動2014

    • 著者名/発表者名
      下川 直史、長田 真理子、高木 昌宏
    • 学会等名
      日本物理学会2013年秋季大会
    • 発表場所
      中部大学,愛知県、春日井市
    • 年月日
      2014-09-07
  • [学会発表] 電脂質を含むベシクルにおける膜孔形成と相分離構造とのカップリング2014

    • 著者名/発表者名
      姫野泰輝、下川直史、濵田勉、高木昌宏
    • 学会等名
      日本物理学会2013年秋季大会
    • 発表場所
      中部大学,愛知県、春日井市
    • 年月日
      2014-09-07
  • [学会発表] 斉田拓巳、姫野泰輝、下川直史、高木昌宏2014

    • 著者名/発表者名
      塩の添加が支配する荷電脂質膜の相分離
    • 学会等名
      日本物理学会2013年秋季大会
    • 発表場所
      中部大学,愛知県、春日井市
    • 年月日
      2014-09-07
  • [学会発表] Phase separation in lipid membranes containing hybrid lipid POPC2014

    • 著者名/発表者名
      NaofumiShimokawa, Mariko Nagata, Masahiro Takagi
    • 学会等名
      Biomembrane Days 2014
    • 発表場所
      Harnackhaus, Berlin, Germany
    • 年月日
      2014-09-01
  • [学会発表] Charge-induced phase separation in lipid membranes2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Himeno, NaofumiShimokawa, Shigeyuki Komura,DavidAndelman,
    • 学会等名
      Biomembrane Days 2014
    • 発表場所
      Harnackhaus, Berlin, Germany
    • 年月日
      2014-09-01
  • [備考] 北陸先端科学技術大学院大学 マテリアルサイエンス研究科 高木研究室

    • URL

      http://www.jaist.ac.jp/ms/labs/takagi/

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公開日: 2016-06-01  

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