Unraveling of mechanisms of functional cluster formation of glycolipids and verification of the hierarchical structure by high-resolution single-molecule imaging

通过高分辨率单分子成像揭示糖脂功能簇形成机制并验证分级结构

基本信息

批准号：
21H02424
负责人：
鈴木健一
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Gifu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、高精度1分子・超解像顕微鏡観察技術に基づき、生細胞膜上で糖脂質は糖鎖間相互作用により、GPIアンカー型タンパク質は細胞外タンパク質間相互作用により、機能性集合体を誘起し、ラフト脂質がそれを安定化するという概念を検証する。さらに、このような複合体自体を集める大きな膜領域（階層構造）が存在するかを検証する。もし、階層構造がある場合は、その形成機構を明らかにすることを目的としている。今まで、糖脂質ガングリオシド蛍光プローブがなかったために、生細胞膜上の糖脂質ガングリオシドの動態研究は皆無であった。しかし、我々は8種のガングリオシド蛍光プローブを開発し、上記課題に挑んだ。昨年度、様々なGPIアンカー型タンパク質の超解像ライブセルイメージングを行った。同種のGPIアンカー型タンパク質ドメイン間の共局在は、タンパク質相互作用がある分子は顕著だったが、タンパク質相互作用のない分子では、稀であった。一方、コレステロール除去後のGPIアンカー型タンパク質やGPIアンカー鎖を非ラフトの貫通型タンパク質に変えたキメラでは、同種分子のドメイン間の共局在が激減していた。さらに膜内層のPSやPI(4,5)P2といった脂質分子の結合タンパク質の超解像ライブセルイメージングを行った。膜内層脂質がアクチン膜骨格に結合時、内層脂質とGPIアンカー型タンパク質ドメインとの共局在強度が大きく増加した。一方、膜貫通型のキメラタンパク質は、内層脂質がアクチンに結合してもしなくても有意に違いが見られなかった。これらの結果は、側方方向のタンパク質相互作用がドメイン同士の共局在を誘起し、脂質相互作用が安定化していることを示唆している。さらに、膜ドメインとアクチン結合した内層脂質のドメイン間の共局在が見られたことは、膜表裏の脂肪酸同士のカップリングによっても、ドメイン形成が安定化されていることを示唆している。

在这项研究中，基于高精度单分子和超分辨率显微镜观察技术，我们证明了糖脂通过糖链之间的相互作用在活细胞膜上形成功能性聚集体，并通过细胞外蛋白质之间的相互作用形成GPI锚定蛋白。验证了筏脂质稳定它的概念。此外，我们将验证是否存在一个大的膜区域（层次结构）来收集此类复合物本身。如果存在层级结构，目的是为了阐明其形成机制。迄今为止，由于没有糖脂神经节苷脂的荧光探针，因此还没有研究糖脂神经节苷脂在活细胞膜上的动力学。然而，我们开发了八种神经节苷脂荧光探针来解决上述问题。去年，我们对各种 GPI 锚定蛋白进行了超分辨率活细胞成像。同源 GPI 锚定蛋白结构域之间的共定位对于具有蛋白质相互作用的分子很重要，但对于没有蛋白质相互作用的分子来说很少见。另一方面，在去除胆固醇后，GPI锚定蛋白或GPI锚定链变为非筏穿透蛋白的嵌合体中，同源分子结构域之间的共定位显着减少。此外，我们对内膜层中的脂质分子结合蛋白（例如 PS 和 PI(4,5)P2）进行了超分辨率活细胞成像。当膜内层脂质与肌动蛋白膜骨架结合时，内层脂质与 GPI 锚定蛋白结构域之间的共定位强度显着增加。另一方面，对于跨膜嵌合蛋白，内层脂质是否与肌动蛋白结合没有显着差异。这些结果表明，横向蛋白质相互作用诱导域-域共定位并稳定脂质相互作用。此外，膜结构域和肌动蛋白结合的内层脂质结构域之间的共定位表明，结构域的形成也通过膜前后表面上的脂肪酸之间的偶联而稳定。

项目成果

期刊论文数量（30）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

細胞外小胞の結合制御機構：超解像・1粒子観察による解明

细胞外囊泡的结合控制机制：通过超分辨率/单粒子观察阐明

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
磯貝樹;廣澤幸一朗;菅野未希;横田康成;鈴木健一
通讯作者：
鈴木健一

N-acetylglucosaminyltransferase-V (GnT-V)-enriched small extracellular vesicles mediate N-glycan remodeling in recipient cells

富含 N-乙酰氨基葡萄糖转移酶-V (GnT-V) 的小细胞外囊泡介导受体细胞中的 N-聚糖重塑

DOI：
10.1016/j.isci.2022.105747
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
5.8
作者：
Hirata Tetsuya;Harada Yoichiro;Hirosawa Koichiro M.;Tokoro Yuko;Suzuki Kenichi G.N.;Kizuka Yasuhiko
通讯作者：
Kizuka Yasuhiko

１分子・超解像顕微鏡観察による細胞膜内層シグナル伝達場の可視化解析

单分子超分辨率显微镜对细胞膜内层信号转导场的可视化分析

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
森俊貴;廣澤幸一朗;笠井倫志;田口友彦;横田康成;鈴木健一
通讯作者：
鈴木健一

Design of supramolecular hybrid nanomaterials comprising peptide-based supramolecular nanofibers and in situ generated DNA nanoflowers through rolling circle amplification

设计包含肽基超分子纳米纤维和通过滚环扩增原位生成DNA纳米花的超分子杂化纳米材料

DOI：
10.1039/d2nr04556g
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
6.7
作者：
Sugiura Shintaro; Shintani Yuki; Mori Daisuke; Higashi Sayuri L.; Shibata Aya; Kitamura Yoshiaki; Kawano Shin
通讯作者：
Kawano Shin

細胞外小胞が誘起する標的細胞でのシグナル伝達機構

细胞外囊泡诱导靶细胞信号转导机制