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2011 年度 実績報告書

膜エネルギー変化の制御と機能界面デザイン

公募研究

研究領域ソフトインターフェースの分子科学
研究課題/領域番号 23106711
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)

キーワードアルツハイマー / アミロイド / コレステロール / リポソーム
研究概要

(背景)アルツハイマー病原因物質であるアミロイドβペプチド(Aβ)は重合し、オリゴマー(oligomer)から線維(fibril)を形成する。Oligomerが非常に強い細胞毒性を持つと考えられているが、Aβの膜毒性機構は解明されていない。細胞膜中のコレステロール(Chol)は、アルツハイマー病のリスク因子と考えられている。しかし膜中Cholの酸化物(7-ケトコレステロール(7-keto))が及ぼすAβの膜毒性は明らかになっていない。本研究では、DOPC, DOPC/Chol, DOPC/Chol/7-ketoにおけるAβの膜局在・膜挙動解析を行い、Cholおよび7-ketoとAβの膜毒性について考察した。
(方法)Aβは蛍光標識と未標識の2種類を使用した。37℃でAβ-40は0, 24, 120時間、Aβ-42は0, 12, 48時間インキュベーションし、線維形成を行なった。各インキュベーション時間のAβ-40, Aβ-42 をOligomer、Pre-fibril、Fibrilとした。脂質膜はDOPC/Chol/7-keto = 100/0/0[2], 50/50/0, 50/40/10で混合し作成した。
(結果・考察)Chol含有膜は、DOPC膜よりAβの蛍光強度が低くなった。これは、CholはAβの膜への吸着を妨げ、膜の形態変化を起こしにくくする防護的役割を示している事を示している。また、DOPC/Chol/7-keto膜はDOPCおよび DOPC/Chol膜よりもAβの蛍光強度が高かった。これは、7-ketoがAβの膜への吸着を促進していることを示している。以上の解析から、Cholに比べて7-ketoは、Aβの吸着を促進し、膜毒性と関連した形態変化を起こしやすくする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

本研究ではコレステロールまたは7-ケトコレステロールを含有させた液滴・巨大リポソームを用いて、Aβ40, 42の膜への局在および、膜の形態変化を解析し、Aβに対するコレステロール・7-ケトコレステロールの役割を考察することを目的とした。
その結果、膜にコレステロールが入るとAβが吸着しにくくなることがわかった。これは、コレステロールは隣接している脂質分子を凝集させ、膜を固くすることによってAβが吸着しにくくなったと考えられる。そして、膜にコレステロールが入ると、Aβを添加した時の膜応答を低下させた。また、膜の形態変化のパターンは、DOPC膜にAβを添加した時に観察された、Sphero-stomatocyteの膜挙動が観察されなくなった。これは、Aβの吸着量が減少し、Aβによる自発曲率の変化が抑えられたためであると考えられる。
当初の目的通り、人工細胞膜を用いて、アミロイドとの相互作用について、膜脂質の組成との関係(特にコレステロール)を中心に、興味深い結果が得られている。

今後の研究の推進方策

膜中のコレステロールはAβに対してその吸着を阻害し、自発曲率の変化を抑える防護的役割を示すことが明らかとなった。
7-ケトコレステロールが持つ2つの親水基がDOPCを押し分けて隙間を作り、そこにAβが刺さるためであると考えられる。膜の形態変化のパターンは、DOPC/Chol膜にAβを添加した時には観察されなかった。7-ketoを添加した場合には、Sphero-stomatocyteの膜挙動が観察されるようになり、Aβの吸着量が増加したことにより、自発曲率を負に傾けた結果であると考えられる。以上の結果から、膜中のコレステロールはAβに対してその吸着を阻害し、自発曲率の変化を抑える防護的役割を示すことが明らかとなった。
現時点では、7-ケトコレステロールが持つ2つの親水基がDOPCを押し分けて隙間を作り、そこにAβが刺さるためであると考えているが、その詳細については、さらに実験を進める必要がある。現在、7-ケトコレステロール以外の酸化コレステロールも含めて、さらなる研究を進めている。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Membrane fusion and vesicular transformation induced by Alzheimer's Amyloid beta2013

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

      Biochim. Biophys. Acta, Biomembr.

      巻: 1828 ページ: 1314-1321

    • DOI

      10.1016/j.bbamem.2013.01.015

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Selective localization of Alzheimer's amyloid beta in membrane lateral compartments2012

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

      Soft Matter

      巻: 8 ページ: 2816-2819

    • DOI

      10.1039/C2SM07185A

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermo-induced vesicular dynamics of membranes containing cholesterol derivatives"2012

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Yoda, Mun'delanji C. Vestergaard, Tsutomu Hamada, Le Phuc T Minh, Masahiro Takagi
    • 雑誌名

      Lipids

      巻: 47 ページ: 813-820

    • DOI

      10.1007/s11745-012-3695-9

    • 査読あり
  • [学会発表] Selective Localization of Amyloid Beta Peptides in Phase-separated Membrane

    • 著者名/発表者名
      森田雅宗
    • 学会等名
      International Association of Colloid and Interface Scientists 2012
    • 発表場所
      仙台国際センター(宮城)
  • [学会発表] 膜内外リーフレットの安定性に及ぼすコレステロールの影響

    • 著者名/発表者名
      加藤翔
    • 学会等名
      創立90周年記念第64回日本生物工学会大会(2012)
    • 発表場所
      神戸国際会議場(兵庫)
  • [学会発表] "アミロイドβが誘起する膜物性変化"

    • 著者名/発表者名
      森田雅宗
    • 学会等名
      日本化学会第93春季年会
    • 発表場所
      立命館大学草津キャンパス(滋賀)
  • [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/

URL: 

公開日: 2015-05-28  

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