リン脂質二重膜における静電相互作用が支配する相分離ダイナミクス

磷脂双层中静电相互作用主导的相分离动力学

基本信息

批准号：
11J08690
负责人：
下川直史
金额：
$ 1.02万
依托单位：
Japan Advanced Institute of Science and Technology (2012)The University of Tokyo (2011)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的はソフトマターと呼ばれる物質群に含まれる、両親媒性分子が自発的に形成する秩序構造を明らかにすることにある。特に、静電相互作用など複雑な相互作用により形成される構造の安定性やダイナミクスを実験・理論の両面から取り組むことで、ソフトマターにおける秩序形成を一般的に議論することを目標とする。両親媒性分子の一つであるリン脂質は、水中で自発的に二重膜構造を形成する。この二重膜構造は細胞膜や生体膜の基本構造である。飽和脂質・不飽和脂質・コレステロールの三成分から成るモデル細胞系において、ある温度以下で飽和脂質とコレステロールの多い領域と不飽和脂質の多い領域に相分離することが知られている。その際形成される飽和脂質とコレステロールの多い領域(ドメイン)は、細胞におけるシグナル伝達や膜輸送の足場となっている可能性が示唆されている。生体膜には多くの荷電脂質が含まれているが、静電相互作用が相分離に及ぼす影響に関しての研究は立ち遅れているのが現状である。現在までに荷電脂質を含むリン脂質二重膜では相分離が抑制されることを実験的・理論的に示してきた。しかし、実験において荷電脂質が有する電荷を遮蔽しようと塩を加えた結果、相分離は進行したが相分離ドメインが塩の添加により変形してしまいドメインの形状・ダイナミクス等の情報が得られなかった。そこで、変形を伴わずさらに室温付近でも相分離が観察できるような工夫を施し実験を行った。一つには膜に張力をかけることで相分離温度を引き上げ室温でも相分離が観察できるようにした。二つ目は浸透圧がかからないように膜の両側に同じ濃度の塩溶液を加えた。どちらの場合も変形せずに相分離を観察することに成功した。また荷電脂質はドメインを作りやすいこと、その融合のダイナミクスが中性のドメインと比較して遅くなることなどを見出した。これらの結果は静電相互作用の調節によりミクロ相分離構造左形成することができる可能性を示唆している。

这项研究的目的是阐明软物质中包含的两亲性分子自发形成的有序结构。特别是，我们的目标是通过从实验和理论角度解决由复杂相互作用（例如静电相互作用）形成的结构的稳定性和动力学，来讨论一般软物质中秩序的形成。磷脂是两亲性分子，在水中自发形成双膜结构。这种双层膜结构是细胞膜和生物膜的基本结构。在由饱和脂质、不饱和脂质和胆固醇这三种成分组成的模型细胞系统中，已知在低于一定温度时，相分离成富含饱和脂质和胆固醇的区域和富含不饱和脂质的区域。有人提出，在此过程中形成的富含饱和脂质和胆固醇的区域（结构域）可以作为细胞内信号转导和膜运输的支架。尽管生物膜含有许多带电脂质，但目前关于静电相互作用对相分离影响的研究相对滞后。迄今为止，我们已经通过实验和理论上证明，含有带电脂质的磷脂双层中的相分离受到抑制。然而，由于在实验中添加盐来屏蔽带电脂质所具有的电荷，相分离进行了，但相分离域因盐的添加而变形，使得无法获得有关域的形状和动力学的信息.因此，我们设计了一个实验，即使在接近室温的情况下也可以观察到相分离而不引起变形。一种方法是通过对膜施加张力来提高相分离温度，使得即使在室温下也可以观察到相分离。其次，在膜的两侧添加相同浓度的盐溶液以避免渗透压。在这两种情况下，我们都成功地观察到了相分离且没有变形。我们还发现带电脂质促进结构域的形成，并且它们的融合动力学比中性结构域慢。这些结果表明微相分离结构可以通过调节静电相互作用形成。

项目成果

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专利数量（0）

PEG-Cho1が誘起するミクロ相分離

PEG-Cho1诱导的微相分离

DOI：
发表时间：
2011
期刊：
影响因子：
0
作者：
Naofumi Shimokawa;Hajime Tanaka;下川直史
通讯作者：
下川直史

Micro-segregation induced by bulky-head lipids : formation of characteristic patterns in a giant vesicle

大头脂质诱导的微分离：巨型囊泡中特征模式的形成

DOI：
10.1039/c1sm06381b
发表时间：
2012
期刊：
Soft Matter
影响因子：
3.4
作者：
M.Yanagisawa;N.Shimokawa;M.Ichikawa;K.Yoshikawa
通讯作者：
K.Yoshikawa

Slowing down of domain growth coarsening in charged bilayer membranes

减缓带电双层膜中域生长的粗化

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
J.-H. Kim、J.Jung、K.Tahara、Y.Tobe、Y.Kim;M.Kawai;Takafumi Hirata;Naofumi Shimokawa and Hajime Tanaka
通讯作者：
Naofumi Shimokawa and Hajime Tanaka

異なる塩濃度の溶液に挟まれた荷電脂質二重膜の相分離

夹在不同盐浓度溶液之间的带电脂质双层的相分离