細胞内水分子ダイナミクスの測定による細胞の凍結保護メカニズムの解明に関する研究

通过测量细胞内水分子动力学阐明细胞冷冻保护机制的研究

基本信息

批准号：
22K14190
负责人：
松浦弘明
金额：
$ 2.91万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度の主な成果を以下に挙げる.(1) 細胞内水分子のスローダイナミクスに関する検討: スクロース水溶液に懸濁したヒト由来Jurkat細胞の誘電分光では, 水分子由来の緩和が2つのDebye型の重ね合わせとして表されることがこれまでの研究で分かっていたが, それらに対応する2つの緩和時間の比について, リゾチーム(タンパク質)水溶液に関する分子動力学(MD)シミュレーションの結果との比較を行った. この結果, 2つの緩和時間の比は同程度であり, またその濃度依存性についても同様の傾向がみられ, 細胞内水分子についての2つのDebye緩和のうち低周波側のものが, 細胞内の生体高分子等との相互作用により遅いダイナミクスを示す水分子を特徴づけることをサポートする知見が得られた.(2) イースト細胞に対する誘電分光: モデル細胞として用いてきたヒト由来Jurkat細胞のほかに, イースト細胞に対しても誘電スペクトルの取得を行った. この結果, ヒト由来Jurkat細胞と同様に水分子由来の緩和が2つのDebye型緩和の重ね合わせとして表されることを明らかにした.(3) 深共晶溶媒の分子ダイナミクスおよび物質輸送の測定に関する検討: 生体分子の安定化作用が期待され, 細胞凍結保護物質としての検討も行われ始めている深共晶溶媒について, 誘電スペクトルの取得および物質輸送の測定に関する検討を行った. 塩化コリン-エチレングリコール, 塩化コリン-グリセロールの誘電分光では, Kramers-Kronigの関係を用いることで導電率成分の寄与がない誘電率虚部スペクトルを得る手法が効果的であることを示した. また, 光学的物質輸送センシング技術であるソーレー強制レイリー散乱法を用いて深共晶溶媒の信号を取得するための測定パラメタの検討を行い, 物質拡散由来の信号を取得する方法を確立した.

今年的主要成果如下：（1）细胞内水分子的慢动力学研究：在悬浮于蔗糖水溶液中的人源Jurkat细胞的介电谱中，源自水分子的弛豫是两个的叠加。德拜型先前的研究表明，两个弛豫时间可以表示为组合，但我们将两个相应弛豫时间的比率与溶菌酶（蛋白质）水溶液的分子动力学（MD）模拟结果进行了比较。因此，两个弛豫时间的比率相似，浓度依赖性也显示出相似的趋势；细胞内水分子的两个德拜弛豫，频率较低的一侧我们获得了支持表现出缓慢的水分子特征的发现。 (2) 酵母细胞的介电谱：除了已用作模型细胞的人源 Jurkat 细胞外，还获得了酵母细胞的介电谱，结果表明，与人类Jurkat细胞类似，源自水分子的弛豫表现为两个德拜型弛豫的叠加。(3)分子动力学和质量传递测量的研究。低共熔溶剂的研究：低共熔溶剂预计对生物分子具有稳定作用，并且正在研究作为细胞的冷冻保护剂。在氯化胆碱-乙二醇和氯化胆碱-甘油的介电谱中，我们表明利用Kramers-Kronig关系是一种无需电导率成分的贡献即可获得虚介电常数谱的有效方法，我们研究了获取介电常数谱的测量参数。使用 Soret 强迫瑞利散射（一种光学质量传输传感技术）从深共晶溶剂中提取信号，并建立了一种获取质量扩散信号的方法。