非平衡条件下における多成分モデル生体膜の大変形ダイナミクス

非平衡条件下多组分模型生物膜的大变形动力学

基本信息

批准号：
07J12947
负责人：
柳澤実穂
金额：
$ 1.73万
依托单位：
Kyoto University (2009)Ochanomizu University (2007-2008)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

我々は、生体膜の示す膜変形現象を物理的な観点から明らかにするために、脂質のみからなるモデル生体膜ベシクル(以下、ベシクル)を用いた研究を行った。均一なベシクルは、面積と体積の比率を変化させることで、多様な形状を示す。一方、飽和リン脂質、不飽和リン脂質、コレステロールからなる3成分ベシクルは、転移点以下で液体秩序相と液体無秩序相に2相分離し、生体膜におけるラフトに似たドメインを形成する。そこで、様々な形状のべシクルにおける相分離現象を顕微鏡観察した。その結果、相分離を境に均一系とは全く異なる膜変形が観察された。特に筒状ベシクルでは、相分離と共にベシクルが波打ち、周期的ドメインパターンが現れることを見出した。またドメイン形状は、液体秩序相の面積分率に依存して、円形状からストライプ形状へと転移した。これは最も支配的となるドメイン界面をなるべく小さくするために起こったと、自由エネルギー解析から説明できた。またドメインの周期性は、面積と体積の保存に由来する幾何学的束縛だけでなく、相分離のキネティクすも影響していることを報告した。さらに、脂質のみからなる膜の物性から、より実際の生体膜に近づけた、膜蛋白質や糖鎖モデルとしての高分子(PEG:Polyethylene glycol)を添加した膜系での研究を展開した。その結果、高分子は脂質間の相分離を妨げ、生体膜に見られるラフトに似た小さなドメインが安定して現れることを見出した。以上の成果は、生体膜を物理学で記述するという目標に一歩近づいたといえる。

我们使用仅由脂质组成的模型生物膜囊泡（以下称为囊泡）进行了研究，以阐明生物膜从物理角度表现出的膜变形现象。均匀的囊泡通过改变面积与体积比，表现出各种形状。另一方面，将饱和磷脂，不饱和磷脂和胆固醇组成的三分量囊泡分为两个相分为两个相，分为液体排序的和液位相，在过渡点以下的水平，形成生物膜中的筏状结构域。因此，在显微镜下观察到各种形状的囊泡中的相分离现象。结果，由于相分离，观察到与均匀系统完全不同的膜变形。特别是，在圆柱囊泡中，发现囊泡与相分离一起发浪，从而导致周期性域模式。根据液体排序相的面积分数，域形也从圆形到条纹形状过渡。自由能分析解释说，这是为了使最主要的域界面尽可能小。我们还报告说，域周期性不仅影响从面积和体积保守性得出的几何约束，而且会影响相分离的动力学。此外，我们已经对膜系统进行了研究，其中膜蛋白和聚合物（PEG：聚乙烯甘油）添加为聚糖模型，这些模型是由膜蛋白和聚乙二醇制成的，它们是由脂质的单膜膜制成的。结果，发现聚合物阻止了脂质之间的相分离，并且在生物膜中发现的小筏样域显得稳定。可以说上述结果使我们更接近描述物理学生物膜的目标。