リポクオリティとラフト構造・機能の相関の高精度１分子観察による解明

2017 年度 実績報告書

• 研究領域: 脂質クオリティが解き明かす生命現象
• 研究課題/領域番号: 16H01358
• 研究機関: 岐阜大学
• 研究代表者: 鈴木 健一 岐阜大学, 研究推進・社会連携機構, 教授 (50423059)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 糖脂質 / GPIアンカー型タンパク質 / スフィンゴミエリン / 細胞膜ドメイン / ラフト / １分子観察

研究実績の概要

細胞膜上のシグナル伝達のプラットフォームとして「脂質ラフト」という概念が注目されて久しいが、その構造やシグナル伝達における役割などは、まだまだ論争が続いている。細胞膜は非常に多くの種類の脂質で構成されているために、ラフトー非ラフトの領域の境界の線張力が下がり、大きなラフトが形成されにくいことが、ラフト研究の難しさの原因とされている。本研究では高精度1分子イメージング法を用いて、１）細胞膜上の小さなラフトの形成機構を解明し、２）ラフトがその小ささを生かしながらどのように機能（細胞内へのシグナル伝達や抑制）するのかを解明することを目的とする。これにより脂質クオリティの多様性の生理的意義の一つを見出す。
前年度までに、ラフト脂質マーカーであるスフィンゴミエリン(SM)プローブ、DSPCプローブ、非ラフト脂質マーカーであるDOPCプローブを開発（世界初）し、小さなラフトの形成機構を明らかにした。
当該年度は、細胞膜の側方方向の相互作用の他に、表裏のカップリングによってラフト形成がなされるかどうかを検証した。そのために、飽和脂肪酸を1本含むPSの発現量が少ないCHO細胞膜上でも、ガングリオシドのホモダイマーが形成されるかどうかを1分子観察によって調べた。結果、ガングリオシドのホモダイマーの寿命は、ホスファチジルセリン（PS）の量に左右されないことが明らかになった。また、短鎖の脂肪酸を持つガングリオシドでもホモダイマーを形成できることを見出した。これらの結果は、ガングリオシドとPSの脂肪酸の膜表裏カップリングではなく、ガングリオシドの糖鎖相互作用がホモダイマー形成の駆動力になっていることを示唆している。
また、現在、ガングリオシドGM3の形成する小さなラフトによるEGF受容体の活性化制御機構の解明を進めている。

現在までの達成度 (段落)

29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

29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] Super-long single-molecule tracking reveals dynamic-anchorage-induced integrin function. (2018)
  • 著者名/発表者名: Takaaki A. Tsunoyama, Yusuke Watanabe, Junri Goto, Kazuma Naito, Rinshi S. Kasai, Kenichi G. N. Suzuki, Takahiro K. Fujiwara, Akihiro Kusumi.
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 巻: 14 ページ: 497-506
  • DOI: 10.1038/s41589-018-0032-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Revealing the raft domain organization in the plasma membrane by single-molecule imaging of fluorescent ganglioside analogs. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kenichi G. N. Suzuki, Hiromune Ando, Naoko Komura, Akihiro Imamura, Hideharu Ishida, Makoto Kiso, Takahiro K. Fujiwara, Akihiro Kusumi.
  • 雑誌名: Methods in Enzymology 巻: 598 ページ: 267-282
  • DOI: 10.1016/bs.mie.2017.06.038
  • 査読あり
• [雑誌論文] Native prion protein homodimers are destabilized by oligomeric amyloid beta1-42 species as shown by single-molecule imaging. (2018)
  • 著者名/発表者名: Sachin S. Tiwari, Yuki M. Shirai, Yuri L. Nemoto, Kumiko Kojima, Kenichi G. N. Suzuki.
  • 雑誌名: Neuroreport 巻: 29 ページ: 106-111
  • DOI: 10.1097/WNR.0000000000000916
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of fluorescent gangliosides for the studies of raft domains. (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoko Komura, Kenichi G. N. Suzuki, Hiromune Ando, Miku Konishi, Akihiro Imamura, Hideharu Ishida, Akihiro Kusumi, Makoto Kiso.
  • 雑誌名: Methods in Enzymology 巻: 597 ページ: 239-263
  • DOI: 10.1016/bs.mie.2017.06.004.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of new ganglioside probes and unraveling of raft domain structure by single-molecule imaging. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenichi G. N. Suzuki, Hiromune Ando, Naoko Komura, Takahiro K. Fujiwara, Makoto Kiso, Akihiro Kusumi.
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta 巻: 1861 ページ: 2494-2506
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2017.07.012.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Raft-based sphingomyelin interactions revealed fluorescent sphingomyelin analogs. (2017)
  • 著者名/発表者名: Masanao Kinoshita*, Kenichi G. N. Suzuki*(*equal contribution), Nobuaki Matsumori, Misa Takada, Hikaru Ano, Kenichi Morigaki, Mitsuhiro Abe, Asami Makino, Toshihide Kobayashi, Koichiro M. Hirosawa, Takahiro K. Fujiwara, Akihiro Kusumi, Michio Murata.
  • 雑誌名: Journal of Cell Biology 巻: 216 ページ: 1183-1204
  • DOI: 10.1083/jcb.201607086.
  • 査読あり
• [学会発表] 1分子観察によるラフト組織化と機能の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健一
  • 学会等名: 大阪大学蛋白質研究所セミナー生体膜の生物化学
  • 招待講演
• [学会発表] 1分子観察で明らかになったガングリオシドクラスター形成とそのEGF受容体活性制御機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健一
  • 学会等名: ConBio2017
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞膜の組織化と機能：高精度１分子法による解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健一
  • 学会等名: 名古屋大IGERセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 高精度1分子イメージングで明らかになったラフト組織化と機能 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健一
  • 学会等名: 第10回セラミド研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Unraveling of raft organization and function by single-molecule imaging. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenichi G. N. Suzuki
  • 学会等名: International seminar on biophysics and chemical biology of biomembranes and lipid bilayers
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 細胞膜上での超高速1分子蛍光観察法 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健一
  • 学会等名: 第55回日本生物物理学会
  • 招待講演
• [学会発表] 1分子観察で明らかになった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 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健一
  • 学会等名: 第59回日本脂質生化学会
  • 招待講演