• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2015 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
キーワード細胞膜 / ラフト / リポソーム / 相分離 / ダイナミクス / 細胞骨格
研究実績の概要

【細胞系】細胞膜には、飽和脂質やコレステロールを豊富に含むラフト領域が存在し、信号伝達に重要であると考えられている。T細胞を活性化するレクチン(ConA)存在下では、ラフトが膜上で集積後、細胞骨格を介して内部へ集積することから、T細胞活性化には、ラフトと細胞骨格が重要と考えた。冷感剤メントールは、温度変化なしで冷感を引き起こす。そこでT細胞を例にラフト集積機構の温度依存性とメントールの影響について調べた。ラフトの細胞内部への集積が観察は、27℃以下ではラフトのみが集積し、27℃以上ではアクチンとラフトが細胞内部の同じ場所に集積した。メントール存在下では、27℃以上でラフトが集積し、アクチンとラフトは共存していた。低温(<27℃)でのラフトのみの安定性に依存した集積と、高温(≧27℃)でのアクチンも関与した集積の2種類があると考えられた。メントール存在下では、アクチンがラフトの安定性により低温でも関与いると考えられた。
【人工細胞系】上述した細胞膜のダイナミクスに関して、2次元的(相分離構造)、3次元的(形態変化)ダイナミクスに分類して、研究を進めている。特にこれまでの人工細胞系では、2重膜の内外層の組成が同じ、対象膜を用いていたが、組成の異なる非対象膜を用いて、特に相分離構造の安定性について、検討を行った。対称組成リポソームと比べると相分離が起きにくいことから、外膜と内膜の相互作用が相分離形成を促していると考えられる結果が得られた。さらに脂質組成が非対称なリポソームの観察では、外膜が不飽和脂質よりも飽和脂質のときの方が,相分離がよく観察されることがわかった。内膜に形成される飽和脂質に富んだ領域が外膜に同じ飽和脂質が存在するときに安定化されること(chain interdigitation)を示している.

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

細胞系、人工細胞系の双方について、着実に目標が達成できている。両者のデータを総合する事により、分子レベルでの相互作用に関する理解が深まりつつある。現在、電場を加えたエマルジョンやリポソームの移動、融合現象に関して、予備的な実験系の構築が進みつつある。これらの状況を勘案して、おおむね順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

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。アミロイドペプチド等の小胞輸送メカニズムを解析し、神経細胞毒性の発現機構を理解すると同時に、小胞形成に必要な脂質組成について、考察を実行細胞系からの結果を参考に行う。
また、「ラフト仮説」は、極めて魅力的であり、多くの膜受容体やイオンチャネルが、ラフトを介して信号伝達を行っているという研究例が報告されている。人工細胞系の相分離構造を調べると、5種類(Spinodal(縞状), Rough(歪形), Smooth(円形), Reverse(反転), No domain(一様))の相分離構造に大別できる。しかし、細胞生理学的には「ラフト」は1種類のみが想定されている。この細胞系と人工細胞系における、相分離構造に関する理解のギャップを埋めるべく、生きた細胞の相分離構造について、精査する。

  • 研究成果

    (43件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (37件) (うち国際学会 8件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] トロント大学(カナダ)

    • 国名
      カナダ
    • 外国機関名
      トロント大学
  • [雑誌論文] Molecular behavior of DNA in a cell-sized compartment coated by lipids2015

    • 著者名/発表者名
      Tsutomu Hamada, Rie Fujimoto, Shunsuke F. Shimobayashi, Masatoshi Ichikawa, Masahiro Takagi
    • 雑誌名

      Phys. Rev. E

      巻: 91 ページ: 062713

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevE.91.062717

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Physical properties of the hybrid lipid POPC on micrometer-sized domains in mixed lipid membranes2015

    • 著者名/発表者名
      Naofumi Shimokawa, Mariko Nagata, and Masahiro Takagi
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 17 ページ: 20882-20888

    • DOI

      10.1039/C5CP03377B

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Destabilization of Phase-separated Structures in Local Anesthetic-containing Model Biomembranes2015

    • 著者名/発表者名
      Ko Sugahara, Naofumi Shimokawa, and Masahiro Takagi
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: 44 ページ: 1604-1606

    • DOI

      http://doi.org/10.1246/cl.150636Letter

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Coupling between pore formation and phase separation in charged lipid membranes2015

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Himeno, Hiroaki Ito, Yuji Higuchi, Tsutomu Hamada, Naofumi Shimokawa, and Masahiro Takagi
    • 雑誌名

      Phys. Rev. E.

      巻: 92 ページ: 062713

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevE.92.062713

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 細胞サイズリポソームへの親水性ナノゲル粒子の取り込み挙動2016

    • 著者名/発表者名
      市川 昌子、下川 直史、高木 昌宏、北山 雄己哉、竹内 俊文
    • 学会等名
      日本化学会第96春季年会
    • 発表場所
      同志社大学 京田辺キャンパス 田辺市 京都府
    • 年月日
      2016-03-27
  • [学会発表] 膜ダイナミクスを利用した界面活性剤の刺激性評価2016

    • 著者名/発表者名
      下川 真司,下川 直史, 辻野 義雄, 高木 昌宏
    • 学会等名
      日本化学会 第96春季年会
    • 発表場所
      同志社大学 京田辺キャンパス 田辺市 京都府
    • 年月日
      2016-03-27
  • [学会発表] Decrease of thermo stability of membrane phase-separation induced by addition of local anesthetics2016

    • 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96春季年会
    • 発表場所
      同志社大学 京田辺キャンパス 田辺市 京都府
    • 年月日
      2016-03-25
  • [学会発表] T細胞信号伝達に対する冷感剤メントールの影響2016

    • 著者名/発表者名
      薮内 里実、大久保 由布、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96春季年会
    • 発表場所
      同志社大学 京田辺キャンパス 田辺市 京都府
    • 年月日
      2016-03-24
  • [学会発表] 荷電脂質を含む二重膜の内膜での相分離2016

    • 著者名/発表者名
      木全 篤、下川 直史、高木 昌宏
    • 学会等名
      日本物理学会第71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学 仙台市 宮城県
    • 年月日
      2016-03-22
  • [学会発表] 電場による脂質エマルションの融合解析2016

    • 著者名/発表者名
      佐々木 秀彰、下川 直史、高木 昌宏
    • 学会等名
      日本物理学会第71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学 仙台市 宮城県
    • 年月日
      2016-03-22
  • [学会発表] 脂肪酸を含む脂質混合膜のドメイン形成2016

    • 著者名/発表者名
      下川 直史、向井 梨恵子、長田 真理子、高木 昌宏
    • 学会等名
      日本物理学会第71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学 仙台市 宮城県
    • 年月日
      2016-03-22
  • [学会発表] Membrane fluidity and cell signal transduction: Effect of menthol on cell membrane.2015

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Takagi
    • 学会等名
      Pacifichem 2015
    • 発表場所
      Hilton Hawaian Village, Honolulu Hawaii
    • 年月日
      2015-12-18
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 界面活性剤誘起膜ダイナミクスを利用した刺激性評価法2015

    • 著者名/発表者名
      下川 真司,下川 直史, 辻野 義雄, 高木 昌宏
    • 学会等名
      日本動物実験代替法学会 第28回大会
    • 発表場所
      ワークピア横浜 横浜市 神奈川県
    • 年月日
      2015-12-11
  • [学会発表] 脂質組成の非対称性を有する荷電脂質二重膜2015

    • 著者名/発表者名
      木全 篤、下川 直史、高木 昌宏
    • 学会等名
      平成27年度 北陸地区講演会と研究発表会
    • 発表場所
      金沢大学 金沢市 石川県
    • 年月日
      2015-11-27
  • [学会発表] 細胞環境を考慮したリポソームの構築と膜電位2015

    • 著者名/発表者名
      森 昌平、高木 昌宏
    • 学会等名
      平成27年度 北陸地区講演会と研究発表会
    • 発表場所
      金沢大学 金沢市 石川県
    • 年月日
      2015-11-27
  • [学会発表] 電場下における脂質エマルションの融合2015

    • 著者名/発表者名
      佐々木 秀彰、下川 直史、高木 昌宏
    • 学会等名
      平成27年度 北陸地区講演会と研究発表会
    • 発表場所
      金沢大学 金沢市 石川県
    • 年月日
      2015-11-27
  • [学会発表] 種々の界面活性剤による膜ダイナミクスと作用機構の解析2015

    • 著者名/発表者名
      下川 真司, 下川 直史, 辻野 義雄, 高木 昌宏
    • 学会等名
      平成27年度 北陸地区講演会と研究発表会
    • 発表場所
      金沢大学 金沢市 石川県
    • 年月日
      2015-11-27
  • [学会発表] T細胞の脂質ラフトと細胞骨格に温度が与える影響2015

    • 著者名/発表者名
      大久保 由布、薮内 里実、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27年度 北陸地区講演会と研究発表会
    • 発表場所
      金沢大学 金沢市 石川県
    • 年月日
      2015-11-27
  • [学会発表] Membrane dynamics Induced by Physical differences between d- and l-isoforms of menthol2015

    • 著者名/発表者名
      Pooja Gusain, Kunihide Hoshino, Yoshio Tsujino, Naofumi Shimokawa, Masahiro Takagi
    • 学会等名
      JAIST Symposium on Advanced Science and Technology 2015
    • 発表場所
      北陸先端科学技術大学院大学 能美市 石川県
    • 年月日
      2015-11-11
  • [学会発表] Involvement of oxysterols in membrane interaction and vesicular transport of Amyloid beta2015

    • 著者名/発表者名
      Neha Sharma, Keang OK Beak, Huong T. T. Phan, Naofumi Shimokawa, Masahiro Takagi
    • 学会等名
      JAIST Symposium on Advanced Science and Technology 2015
    • 発表場所
      北陸先端科学技術大学院大学 能美市 石川県
    • 年月日
      2015-11-11
  • [学会発表] 温度変化がT細胞の脂質ラフトと細胞骨格に与える影響2015

    • 著者名/発表者名
      大久保 由布、薮内 里実、白 京玉、星野 邦秀、辻野 義雄、下川 直史、高木 昌宏
    • 学会等名
      第67回日本生物工学会大会
    • 発表場所
      城山観光ホテル 鹿児島市 鹿児島県
    • 年月日
      2015-10-28
  • [学会発表] 膜ダイナミクス解析に基づく界面活性剤の刺激性評価2015

    • 著者名/発表者名
      下川 真司, 下川 直史, 辻野 義雄, 高木 昌宏
    • 学会等名
      第67回日本生物工学会大会
    • 発表場所
      城山観光ホテル 鹿児島市 鹿児島県
    • 年月日
      2015-10-28
  • [学会発表] Physical changes induced by optical isomers of menthol on membrane dynamics2015

    • 著者名/発表者名
      Pooja Gusain, Kunihide Hoshino, Yoshio Tsujino, Naofumi Shimokawa, Masahiro Takagi
    • 学会等名
      第67回日本生物工学会大会
    • 発表場所
      城山観光ホテル 鹿児島市 鹿児島県
    • 年月日
      2015-10-27
  • [学会発表] Effect of oxidized derivatives of Cholesterol on Endocytic Vesicular Transport of Amyloid2015

    • 著者名/発表者名
      Neha Sharma, Keang OK Beak, Huong T. T. Phan, Naofumi Shimokawa, Masahiro Takagi
    • 学会等名
      第67回日本生物工学会大会
    • 発表場所
      城山観光ホテル 鹿児島市 鹿児島県
    • 年月日
      2015-10-27
  • [学会発表] 局所麻酔薬による脂質膜相分離構造の不安定化2015

    • 著者名/発表者名
      菅原 恒、下川 直史、高木 昌宏
    • 学会等名
      第67回日本生物工学会大会
    • 発表場所
      城山観光ホテル 鹿児島市 鹿児島
    • 年月日
      2015-10-26
  • [学会発表] 細胞環境を考慮したリポソームの構築と膜電位2015

    • 著者名/発表者名
      森 昌平、菅原 恒、下川 直史、高木 昌宏
    • 学会等名
      第67回日本生物工学会大会
    • 発表場所
      城山観光ホテル 鹿児島市 鹿児島県
    • 年月日
      2015-10-26
  • [学会発表] Role of oxysterols in the endocytic transport of protein Amyloid beta (Aβ-42) in Alzheimer’s disease2015

    • 著者名/発表者名
      Neha Sharma, Keang OK Beak, Huong T. T. Phan, Naofumi Shimokawa, Masahiro Takagi
    • 学会等名
      17th SPVM National Physics Conference, 2015 International Conference on Applied Materials and Optical Systems and 2015 International Meeting for Optical Manipulation in Complex Systems
    • 発表場所
      Cavite state university, Cavite, Philippines
    • 年月日
      2015-10-23
  • [学会発表] 電場下における脂質エマルションの融合2015

    • 著者名/発表者名
      佐々木 秀彰、下川 直史、高木 昌宏
    • 学会等名
      日本物理学会2015年秋季大会
    • 発表場所
      関西大学 千里山キャンパス 吹田市 大阪府
    • 年月日
      2015-09-18
  • [学会発表] オレイン酸添加による脂質膜面上のパターン形成2015

    • 著者名/発表者名
      下川 直史、向井 梨恵子、長田 真理子、高木 昌宏
    • 学会等名
      日本物理学会2015年秋季大会
    • 発表場所
      関西大学 千里山キャンパス 吹田市 大阪府
    • 年月日
      2015-09-18
    • 国際学会
  • [学会発表] 脂質組成の非対称性を有する荷電脂質二重膜2015

    • 著者名/発表者名
      木全 篤、下川 直史、高木 昌宏
    • 学会等名
      日本物理学会2015年秋季大会
    • 発表場所
      関西大学 千里山キャンパス 吹田市 大阪府
    • 年月日
      2015-09-17
  • [学会発表] セルサイズリポソームへのナノ粒子取り込み挙動2015

    • 著者名/発表者名
      市川 昌子、下川 直史、高木 昌宏、北山 雄己哉、竹内 俊文
    • 学会等名
      第9回バイオ関連化学シンポジウム
    • 発表場所
      熊本大学工学部 黒髪南地区キャンパス 熊本市 熊本県
    • 年月日
      2015-09-11
  • [学会発表] The role of oxysterols in the interaction of Amyloid beta (Aβ-42) with the Jurkat cells2015

    • 著者名/発表者名
      Neha Sharma, Keang OK Beak, Huong T. T. Phan, Naofumi Shimokawa, Masahiro Takagi
    • 学会等名
      第9回バイオ関連化学シンポジウム
    • 発表場所
      熊本大学工学部 黒髪南地区キャンパス 熊本市 熊本県
    • 年月日
      2015-09-11
  • [学会発表] 界面活性剤誘起膜ダイナミクスに基づく刺激性評価2015

    • 著者名/発表者名
      下川 真司, 下川 直史, 辻野 義雄, 高木 昌宏
    • 学会等名
      第9回バイオ関連化学シンポジウム
    • 発表場所
      熊本大学工学部 黒髪南地区キャンパス 熊本市 熊本県
    • 年月日
      2015-09-11
  • [学会発表] 局所麻酔薬によるリポソーム相分離構造の不安定化2015

    • 著者名/発表者名
      菅原 恒、下川 直史、高木 昌宏
    • 学会等名
      第9回バイオ関連化学シンポジウム
    • 発表場所
      熊本大学工学部 黒髪南地区キャンパス 熊本市 熊本県
    • 年月日
      2015-09-11
  • [学会発表] 冷感剤メントールがT細胞の膜流動性とシグナル伝達に与える影響2015

    • 著者名/発表者名
      薮内 里実、遠藤 智史、白 京玉、星野 邦英、辻野 義雄、下川 直史、高木 昌宏
    • 学会等名
      第9回バイオ関連化学シンポジウム
    • 発表場所
      熊本大学工学部 黒髪南地区キャンパス 熊本市 熊本県
    • 年月日
      2015-09-10
  • [学会発表] fferences in Membrane Dynamics Induced by d- and l-Menthol2015

    • 著者名/発表者名
      Pooja Gusain, Kunihide Hoshino, Yoshio Tsujino, Naofumi Shimokawa, Masahiro Takagi
    • 学会等名
      Physics of Cells: From Molecule of Systems (PhysCell 2015)
    • 発表場所
      Inamori Hall, Shiran-Kaikan, Kyoto University
    • 年月日
      2015-09-02 – 2015-09-03
    • 国際学会
  • [学会発表] Requirement of 25-hydroxycholesterol for endocytic transport of Amyloid beta2015

    • 著者名/発表者名
      Neha Sharma, Keang OK Beak, Huong T. T. Phan, Naofumi Shimokawa, Masahiro Takagi
    • 学会等名
      Physics of Cells: From Molecule of Systems (PhysCell 2015)
    • 発表場所
      Kloster Banz, Bad Staffelstein, Germany
    • 年月日
      2015-09-02 – 2015-09-03
    • 国際学会
  • [学会発表] Coupling between pore formation and phase separation in charged lipid membranes2015

    • 著者名/発表者名
      Naofumi Shimokawa, Hiroki Himeno, Hiroaki Ito, Yuji Higuchi, Tsutomu Hamada, Masahiro Takagi
    • 学会等名
      Physics of Cells: From Molecule of Systems (PhysCell 2015)
    • 発表場所
      Kloster Banz, Bad Staffelstein, Germany
    • 年月日
      2015-09-02 – 2015-09-03
    • 国際学会
  • [学会発表] Destabilization of phase-separated structure in local anesthetics containing model biomembrane2015

    • 著者名/発表者名
      Ko Sugahara, Naofumi Shimokawa, Masahiro Takagi
    • 学会等名
      Physics of Cells: From Molecule of Systems (PhysCell 2015)
    • 発表場所
      Kloster Banz, Bad Staffelstein, Germany
    • 年月日
      2015-09-02 – 2015-09-03
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of Oxysterols on the Interaction of protofibrillar Amyloid beta (Aβ-42) with the Jurkat Cells2015

    • 著者名/発表者名
      Neha Sharma, Keang OK Beak, Huong T. T. Phan, Naofumi Shimokawa, Masahiro Takagi
    • 学会等名
      International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2015
    • 発表場所
      Inamori Hall, Shiran-Kaikan, Kyoto University
    • 年月日
      2015-04-22
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of Menthol’s Chirality on Membrane Dynamics2015

    • 著者名/発表者名
      Pooja Gusain, Naofumi Shimokawa, Masahiro Takagi
    • 学会等名
      International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2015
    • 発表場所
      Inamori Hall, Shiran-Kaikan, Kyoto University
    • 年月日
      2015-04-21
    • 国際学会
  • [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系 高木研究室

    • URL

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

URL: 

公開日: 2017-01-06  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi