パターン化脂質二分子膜を利用したタンパク質の濃縮と2次元結晶化

使用图案化脂质双层膜进行蛋白质浓缩和二维结晶

• 批准号: 21651060
• 负责人: 森垣 憲一
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21651060/
• 关键词: 生体膜; 脂質膜ドメイン; 相分離; 2次元結晶

研究代表者は、生体膜の新しいモデル系として、光重合したポリマー脂質二分子膜と流動性脂質二分子膜をハイブリッド化するパターン化モデル生体膜作製手法を世界に先駆けて開発し、光重合条件を制御することでポリマー脂質二分子膜と流動性脂質二分子膜がナノメートルオーダーで混合したコンポジット膜を作製することに成功した。そして、パターン化脂質二分子膜において流動性脂質膜中の脂質成分が秩序液晶相と無秩序液晶相に分離・濃縮されるという新規な現象を発見した。本研究は、この現象を利用することで、膜に結合したタンパク質を基板表面のパターン化区画に濃縮することを目的とした。平成22年度は、パターン化脂質二分子膜に結合した水溶性タンパク質および膜結合型タンパク質の導入および濃縮を検討した。糖脂質(GM1)を含む脂質二分子膜に水溶性のタンパク質であるコレラ毒素(subunit B:CTB)を結合した実験では、CTBがパターン化膜中でポリマー脂質膜のない区画に濃縮される様子を全反射蛍光顕微鏡で観察することに成功した。また、流動性脂質膜にビオチンを持つ脂質を組み込み、ストレプタビジンを膜表面に結合した実験では、パターン化膜の区画中にストレプタビジンの2次元結晶が形成することが観察された。これらの結果から、水溶性タンパク質についてはパターン化基板上での濃縮および2次元結晶化が可能であることが示された。また、膜結合型タンパク質としては、パターン化膜にロドプシンを導入し、活性を計測することに成功した。これらの結果は、今後膜結合型タンパク質の濃縮、結晶化につながるものと期待される。

The researcher was first in the world to develop a new model biomembrane system for biological membranes to hybridize photopolymerized polymer lipid bilayers and fluidized lipid bilayers, and has successfully produced a composite membrane in which polymer lipid bilayers and fluidized lipid bilayers are mixed on the order of nanometers by controlling photopolymerization conditions.然后，我们发现了一种新型现象，其中将流体脂质膜中的脂质成分分离并浓缩成有序的液晶相，并在图案化的脂质双层膜中浓缩液晶相和无序的液晶相。这项研究旨在利用这种现象将膜结合的蛋白浓缩到底物表面的图案隔室中。在2010财年，我们研究了与图案化脂质双层结合的水溶性蛋白和膜结合的蛋白的引入和富集。在一个实验中，将霍乱毒素（CTB）（一种水溶性蛋白）偶联到含有糖脂的脂质双层（GM1），能够观察到在没有聚合物脂质膜的隔离膜下，在隔离室中，在隔离膜中浓缩了CTB的浓度。此外，在一个实验中，将含有生物素的脂质掺入液体脂质膜中并结合到膜表面与膜表面结合，观察到链霉亲和素的二维晶体在图案化膜的圆柱室中形成。这些结果表明，在图案化底物上，水溶性蛋白的浓度和二维结晶是可能的。此外，作为膜结合的蛋白，将视紫红质引入了图案化的膜中，并成功测量了活性。这些结果预计将来会导致膜结合蛋白的富集和结晶。

项目成果

Micropatterned model membranes composed of polymerized and fluid lipid bilayers

由聚合和流体脂质双层组成的微图案模型膜

• 发表时间: 2010
• 作者: 森垣憲一;岡崎敬;達吉郎;今石浩正;長瀬紀子;森垣憲一
• 通讯作者: 森垣憲一