パターン化人工膜を用いた膜タンパク質のラフト親和性と機能の解析

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26291031
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 森垣 憲一 神戸大学, 学内共同利用施設等, 准教授 (10358179)
• 研究分担者: 林 文夫 神戸大学, 理学(系)研究科(研究院), 名誉教授 (80093524) ; 鈴木 健一 京都大学, 物質ー細胞統合システム拠点, 准教授 (50423059) ; 笠井 倫志 京都大学, 再生医科学研究所, 助教 (20447949)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 生体膜 / 脂質ラフト / ロドプシン光受容体

研究実績の概要

細胞膜において、コレステロールと飽和脂質に富んだ微小ドメイン構造（ラフト）は、膜タンパク質の局在や機能調節に大きな役割を果たすと考えられている。多様な信号を受容するGタンパク質共役型受容体（GPCR）も、その機能にラフトが関わると考えられている。しかし、ラフトの微小さと動的変化のため、ラフトが機能調節に果たす役割は未解明である。
本研究は、安定なポリマー脂質膜と生体脂質膜をガラス基板表面でハイブリッド化したパターン化人工膜を用いて、生体膜のラフト領域（秩序液晶相：lo相）と非ラフト領域（無秩序液晶相：ld相）が相分離した人工膜に膜タンパク質を再構成し、lo相・ld相への分配からラフト親和性を定量的に評価する手法を開発した。そのために、視細胞において光受容に関与するロドプシン光受容体：Rh）と光シグナルを伝達するGタンパク質トランスデューシン（Gt）をパターン化人工膜に再構成し、lo相・ld相領域における分子密度を1分子蛍光観察により定量的に評価した。その結果、Rh、Gtともに、単量体はラフトへの親和性が比較的低いことが分かった。この結果は、従来の生化学的手法による結果と一致している。一方、Rh二量体や、光活性化Rh (Rh*)とGtの複合体（Rh*-Gt）がRh単量体よりも高いラフト親和性を持つことを観測した。これは、膜タンパク質の多量体・複合体形成によりラフト局在が変調され、シグナル伝達機能が制御されることを定量的に示す重要な結果である（論文準備中）。

現在までの達成度 (段落)

28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

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

28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] The role of the Prod1 membrane anchor in newt limb regeneration (2017)
  • 著者名/発表者名: Nomura, K., Tanimoto, Y., Hayashi, F., Harada, E., Shan, X.-Y., Shionyu, M., Hijikata, A., Shirai, T., Morigaki, K., Shimamoto, K.
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 56 ページ: 270-274
  • DOI: 10.1002/anie.201609703
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Raft-based sphingomyelin interactions revealed by new fluorescent sphingomyelin analogs (2017)
  • 著者名/発表者名: Masanao Kinoshita, Kenichi G. N. Suzuki, Nobuyuki Matsumori, Misa Takada, Hikaru Ano, Kenichi Morigaki, Mitsuhiro Abe, Asami Makino, Toshihide Kobayashi, Koichiro M. Hirosawa, Takahiro K. Fujiwara, Akihiro Kusumi, and Michio Murata
  • 雑誌名: J. Cell Biol. 巻: 216 ページ: 1183-1204
  • DOI: 10.1083/jcb.201607086
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ガングリオシドプローブの1分子観察によりラフト動態を探る (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健一
  • 雑誌名: 生化学 巻: 89 ページ: 121-125
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2017.890121
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanometric gap structure with fluid lipid bilayer for the selective transport and detection of biological molecules (2016)
  • 著者名/発表者名: Ando, K., Tanabe, M., Morigaki, K.
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 32 ページ: 7958-7964
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.6b01405
  • 査読あり
• [雑誌論文] Raft-based interactions of gangliosides with a GPI-anchored receptor (2016)
  • 著者名/発表者名: Naoko Komura, Kenichi G. N. Suzuki, Hiromune Ando, Miku Konishi, Machi Koikeda, Akihiro Imamura, Rahul Chadda, Takahiro K. Fujiwara, Hisae Tsuboi, Ren Sheng, Wonhwa Cho, Koichi Furukawa, Keiko Furukawa, Yoshio Yamauchi, Hideharu Ishida, Akihiro Kusumi and Makoto Kiso
  • 雑誌名: Nat. Chem. Biol. 巻: 12 ページ: 402-410
  • DOI: 10.1038/nchembio.2059
  • 査読あり
• [雑誌論文] Confined diffusion of transmembrane proteins and lipids induced by the same actin meshwork lining the plasma membrane (2016)
  • 著者名/発表者名: Takahiro K. Fujiwara, Kokoro Iwasawa, Ziya Kalay, Taka A. Tsunoyama, Yusuke Watanabe, Yashuhiro M. Umemura, Hideji Murakoshi, kenichi G. N. Suzuki, Yuri N. Nemoto, Nobuhiro Morone, and Akihiro Kusumi
  • 雑誌名: Mol. Biol. Cell 巻: 27 ページ: 1101-1119
  • DOI: 10.1091/mbc.E15-04-0186
  • 査読あり
• [学会発表] Transient GPCR dimers trigger basal signals as revealed by single-molecule imaging (2017)
  • 著者名/発表者名: Kasai RS
  • 学会等名: Gordon Research Conference, Molecular Pharmacology, “GPCRs: From Single Molecules to New Forms of Treatment”
  • 発表場所: Il Ciocco, Italy
  • 年月日: 2017-03-13 – 2017-03-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nanogap-junction with a fluid lipid bilayer for selective biosensing (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenichi Morigaki
  • 学会等名: 8th International Workshop on Nanostructures & Nanoelectronics
  • 発表場所: Tohoku University
  • 年月日: 2017-03-06 – 2017-03-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 1分子観察によるガングリオシドのクラスター形成機構とEGF受容体活性制御機構の解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健一
  • 学会等名: 新学術領域研究「神経糖鎖生物学」最終班会議
  • 発表場所: JPタワー名古屋、名古屋
  • 年月日: 2017-03-04 – 2017-03-04
  • 招待講演
• [学会発表] 高精度1分子観察で初めて明らかになった細胞膜構造とシグナル伝達機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健一
  • 学会等名: 第３回医薬獣連携研究会プログラム
  • 発表場所: 岐阜薬科大学、岐阜市
  • 年月日: 2017-01-27 – 2017-01-27
  • 招待講演
• [学会発表] Dynamic dimer formation of G-protein coupled receptor in the live plasma membrane: An approach by using single molecule observation (2016)
  • 著者名/発表者名: 笠井倫志、楠見明弘
  • 学会等名: 第54 回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2016-11-25 – 2016-11-25
  • 招待講演
• [学会発表] Regulation mechanisms of EGF receptor activity by gangliosides as revealed by single-molecule imaging (2016)
  • 著者名/発表者名: Kenichi G. N. Suzuki
  • 学会等名: The 8th Asian Community for Glycoscience and Glycotechnology Annual Conference
  • 発表場所: Jiangnan University, Wuxi, China
  • 年月日: 2016-10-15 – 2016-10-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 1分子イメージングにより明らかになったガングリオシドの糖鎖相互作用によるEGF受容体活性制御機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健一
  • 学会等名: 日本プロテオーム学会2016年大会
  • 発表場所: 北里大学、東京都
  • 年月日: 2016-07-29 – 2016-07-29
  • 招待講演
• [学会発表] Unraveling of raft Organization and function by single-molecule imaging of new ganglioside probes (2016)
  • 著者名/発表者名: Kenichi G. N. Suzuki
  • 学会等名: The 21st iCeMS International Symposium
  • 発表場所: Kyoto University
  • 年月日: 2016-06-03 – 2016-06-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 神戸大学バイオシグナル総合研究センター環境物質科学研究室
  • URL: http://www.research.kobe-u.ac.jp/rceg-nowstone/index.html
• [学会・シンポジウム開催] Unraveling the regulation mechanisms of signal transduction in nano- and meso-scale domains in cell membranes (2016)
  • 発表場所: Tsukuba Convention Center
  • 年月日: 2016-11-25 – 2016-11-25