脂質膜物性の実時間顕微鏡画像解析装置による非二重層形成脂質の生体膜機能制御の研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14658208
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 大木 和夫 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (80115394)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大場 哲彦 東北大学, 大学院・理学研究科, 助手 (10250664)
• Keywords: 非二重層形成脂質 / 画像解析 / 顕微鏡観察 / 実時間観察 / 生体膜物性 / 機能制御

Research Abstract

生体膜の構造を形成する脂質分子は分子種により多様な形状をもち、その形状は酵素による脂質代謝で変化する。円柱状の脂質分子が平面的な二重層構造を形成するのに対して、円錐型の形状をもつ脂質分子はヘキサゴナルII構造、逆転ミセルなどの非二重層構造を形成する傾向をもつ。膜脂質分子の円柱状から円錐状への代謝的な変換が生体膜(脂質膜)の構造と物性をどのように変化させ機能を制御するかを解明する研究を実施した。非二重層構造形成脂質の役割について、大腸菌膜のホスファチジルエタノールアミンが脂質膜の側方圧力を高め膜蛋白質の構造を安定させるとの説が提唱された。そこで、環境感受性色素Laurdanを用いて膜への水の浸入程度から側方圧力への効果を、また、DPHを用いた蛍光偏光解消から局所粘度への効果を調べると、ホスファチジルコリンの数%を非二重層形成脂質のホスファジルエタノールアミンに置換したとき側方圧力と粘度の増加が観察された。細胞の刺激受容による情報伝達に伴うスフィンゴミエリンからセラミドへの脂質変換でも同様な効果が観察された。また、側方圧力と脂質膜の密度変化の関連についてホスファチジルコリン(DPPC, DMPC)とホスファチジルエタノールアミン(DMPE)の相転移に伴う密度変化をディジタル密時計による精密測定で確認した。さらに、我々が開発したLaurdanを用いた顕微鏡下の膜物性画像化装置を使用して、CHO細胞をホスホリパーゼ処理した際の、ホスファチジルコリンがジアシルグリセロールに、また、スフィンゴミエリンがセラミドヘと非二重層形成脂質に変換される効果を経時的に顕微鏡下に観察したところ膜流動性が低下することが示された。

Research Products

• [Publications] 田中 拓, 木内 泰, 大場哲彦, 大木和夫: "PC12D細胞のアポトーシス過程と膜流動性の変化"脂質生化学研究. 44. 393-397 (2002)
• [Publications] 和田多美子, 大木和夫: "スフィンゴミエリナーゼによるスフィンゴミエリンからセラミドへの変換に伴う膜構造と膜物性の変化"膜. 27・6. 331-336 (2002)
• [Publications] 大木和夫: "生物物理学ハンドブック「相分離」"朝倉書店(印刷中).