脂質膜におけるナノドメインの時空間パターン：細胞への物理的アプローチ

脂膜纳米域的时空模式：细胞的物理方法

基本信息

批准号：
10J00940
负责人：
栁澤実穂 (2011)
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

主に脂質からなる細胞膜には、機能を担うタンパク質が埋め込まれている。細胞膜は、それらが効率よく発現するための足場として、特定の脂質が会合したナノドメインを形成する。こうしたドメインの形成機構を明らかにするため、細胞膜モデルとしてベシクルが用いられてきたが、細胞の持つナノドメインは未だ再現されていない。そこで私は、ベシクルに細胞のもつ特徴を徐々に導入することで、ナノドメインを実現させることを目的として研究を行ってきた。研究計画初年度である今年は、これまでの脂質のみからなるベシクルでの相分離や膜変形現象(Yanagisawa, et al., 2010 Phys.Rev.E)を発展させ、より実際の細胞に大きく近づけた。例えば、遺伝情報を持つDNAを相分離ベシクルに加えると、DNAが負に帯電した膜へ特異的に吸着し、それに伴って構造転移を引き起こすことを見出した(Kato et al., 2010 J.Phys.Chem.Lett.)。またタンパク質であるイオンチャネルを膜内に再構築する上で、その挿入方向を制御する新規手法を構築した(Yanagisawa, et al., in revision)。さらにごく最近、膜タンパク質モデルとして高分子結合型脂質を膜内に導入することによって、本研究の目的である、ナノドメインを安定して形成させることに成功し、現在論文準備中である。これは、未解明なままとなっている「細胞がナノドメインを安定化させるメカニズム」を理解する上で、大変重要な結果だと言える。来年度は、上記DNAやイオンチャネルなど実際の生体高分子を含む系と、それらのモデルである高分子複合系を比較することで、細胞がメゾスケールのドメインをいかに制御しているのか、物理的に明らかにしたい。

功能蛋白嵌入细胞膜中，主要由脂质组成。细胞膜形成与特定脂质相关的纳米结构域，作为其有效表达的支架。囊泡已被用作细胞膜模型来阐明这些结构域的形成机制，但细胞所拥有的纳米结构域尚未被复制。因此，我一直在进行研究，目标是通过逐步将细胞的特性引入囊泡来实现纳米域。今年，即研究计划的第一年，将开发仅由脂质制成的囊泡中的相分离和膜变形现象（Yanagisawa等，2010 Phys.Rev.E），并使它们更接近实际细胞。塔。例如，我们发现，当将含有遗传信息的DNA添加到相分离的囊泡中时，DNA会特异性吸附到带负电的膜上，从而引起结构转变（Kato et al., 2010 J.Phys. .Chem.Lett.）。我们还开发了一种新方法来控制离子通道（蛋白质）插入膜的方向（Yanagisawa 等人，修订中）。此外，最近，我们通过将聚合物结合的脂质作为膜蛋白模型引入膜中，成功稳定地形成了纳米结构域，这也是本研究的目标，目前我们正在准备一篇论文。这是一个非常重要的结果，对于理解“细胞稳定纳米域的机制”仍然未知。明年，我们将通过比较包含 DNA 和离子通道等实际生物聚合物的系统与我想澄清的模型聚合物复杂系统，从物理上了解细胞如何控制介观尺度域。