自己組織性ポリペプチドと脂質二重膜相互作用の直接観察と動力学的解析

自组装多肽和脂质双层相互作用的直接观察和动力学分析

基本信息

批准号：
19031012
负责人：
瀧口金吾
金额：
$ 7.3万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

セプチンは植物以外の全ての真核生物から見いだされるよく保存されている蛋白質である。セプチンが線維形成能を持ち、細胞の形態形成や運動などに必須なことから、セプチンは第4の細胞骨格と考えられている。セプチンの欠損や異常が、生物に致死を招き、神経変性、不妊症、腫瘍発生などの多くの疾患の発症進展に関与していることなど、その重要性が数多く示されてきたにも関わらず、セプチンの基本的な性質や機能はまだ不明であった。今までよく知られている細胞骨格とセプチンが異なるのは、リン脂質と結合して直接生体膜に作用できるところである。そこで本研究では、ブタやラットの脳から得たセプチンを含む画分や、昆虫細胞で発現させ単離してきたセプチンを、細胞とほぼ同じサイズを持つ巨大リポソームに作用させ、リポソーム膜に対してセプチンがどのような作用を及ぼすかを暗視野顕微鏡を用いてリアルタイム観察した。その結果セプチンに膜突起を誘導する強力な活性があることを世界で初めて明らかにし、膜突起の形成伸長過程を可視化することに成功した。暗視野顕微鏡でリポソームの変形を予め確認しておいた試料を電子顕微鏡で観察したところ、セプチンは膜の表面で重合して線維を形成しており、セプチン線維は管状に伸びた膜突起の周囲を取り巻くように並んでいた。膜突起部分の太さは約400nmと揃っており、これは丁度神経シナプス形成に重要なスパイン構造や精子鞭毛の付け根部分などと同じ大きさである。今回の発見により、今まで役割や機能が明確ではなかった第4の細胞骨格であるセプチンが実はダイナミックで細胞膜の形態制御に直接関与していることが明らかになった。本研究で用いたリポソームを利用した実験系によって、セプチンの活性を簡単に評価できることが示されたので、今まで困難だったセプチンの制御調節因子の探索も可能になった。

脓毒蛋白是在除植物之外的所有真核生物中发现的高度保守的蛋白质。由于脓毒症具有纤维化能力，并且对于细胞形态发生和运动至关重要，因此它们被认为是第四种细胞骨架。尽管septin缺乏和异常的重要性已被证明对生物体具有致命性，并参与神经退行性变、不孕不育、肿瘤发展等多种疾病的发生和发展，但septin的基本性质和功能仍不清楚。脓毒症与众所周知的细胞骨架的区别在于它们可以与磷脂结合并直接作用于生物膜。因此，在本研究中，我们将从猪和大鼠脑中获得的含有septin的级分以及从昆虫细胞中表达和分离的septin应用到与细胞大小大致相同的巨型脂质体中，并将它们应用到脂质体膜上。使用暗视野显微镜实时观察脓毒症。结果，他们在世界上首次揭示了septin具有很强的诱发膜突起的活性，并成功地将膜突起的形成和延伸过程可视化。当我们使用电子显微镜在暗视野显微镜下观察脂质体变形样品时，我们发现septin在膜表面聚合形成纤维，并且septin纤维围绕膜突起延伸成管状形状并排列。周围.膜突起的厚度约为400 nm，与对神经突触形成和精子鞭毛基部重要的脊柱结构的大小完全相同。这一发现揭示了septin，第四个细胞骨架，其作用和功能尚未明确定义，实际上是动态的，并直接参与控制细胞膜的形态。本研究中使用的基于脂质体的实验系统表明，可以轻松评估 Septin 活性，从而使寻找控制 Septin 的因素成为可能，而这迄今为止一直很困难。