荷電不安定性が引き起こす非平衡膜界面の新奇構造・機能

电荷不稳定性引起的非平衡膜界面的新结构和功能

基本信息

批准号：
13J01297
负责人：
伊藤弘明
金额：
$ 1.92万
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：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

敗血症因子に晒された赤血球は，シア流下での形状変化が健康な赤血球に比べて小さく，これが敗血症における全身性炎症の引き金になりうる事が知られていたが，弾性等の物性の変化の理解は不足している．そこで細胞形状ゆらぎのスペクトル解析とマイクロ流体デバイスや光トラップ等を統合して個々の赤血球の物性変化を定量した．内毒素分子の糖鎖が長い程作用した赤血球の曲げ弾性係数は減少すると同時にシア弾性係数は増加する事，新生児赤血球は成人赤血球よりこの変化が顕著である事，新薬候補ペプチドがこの変化を抑える事，を解明した．特に生体界面の特徴として，赤血球の形状ゆらぎの理解に細胞骨格に由来する結合項が不可欠である事を立証できた．また，外部から添加され細胞膜表面に作用する内毒素分子が細胞質側の細胞骨格のシア弾性に影響を与えるという結果は，細胞膜に埋め込まれた膜貫通タンパク質への作用を示唆しており，メゾスケールの形状ゆらぎと分子スケールの現象の関連の理解を深めるものである．また，より動的で非平衡状態にある生体界面の振舞いの解明を目的として，アクチン・ミオシンタンパク質系（アクトミオシン）に駆動される再構成脂質膜界面の研究も並行してまとめた．アクトミオシンと脂質膜の結合に静電相互作用を援用することで，再構成したアクトミオシンの自発構造形成とカップルした人工脂質膜界面の動的変形が初めて観察されていたが，その解析や数理モデリングから界面変位の非熱的性質や曲率依存的な挙動が明らかになった．また，界面の非熱的ゆらぎの解析を深め，10秒スケールの時間相関をもつ有色ノイズ型の動的力生成が界面の非熱的変位に変換されていることを議論した．上記の主要な成果に加え，荷電性界面の粗視化MD計算や多細胞生物ヒドラの界面変形など，階層横断的に非平衡界面現象の解明に取り組み成果を挙げた．

众所周知，暴露于脓毒症因子的红细胞在剪切流下比健康红细胞发生更小的形状变化，并且这可能引发脓毒症的全身炎症，目前尚不清楚。因此，我们将细胞形状波动的光谱分析与微流体装置、光阱等相结合，以量化单个红细胞物理特性的变化。内毒素分子的糖链越长，受影响的红细胞的弯曲弹性模量降低得越多，而剪切弹性模量则增加。这种变化在新生儿红细胞中比在成人红细胞中更为明显。候选药物肽抑制了这种变化。特别是，我们能够证明源自细胞骨架的结合项对于理解红细胞形状波动作为生物界面的特征至关重要。此外，从外部添加的内毒素分子作用于细胞膜表面，影响细胞质侧细胞骨架的剪切弹性，这表明对嵌入细胞膜中的跨膜蛋白有影响，并且在介观尺度上，这将加深我们对细胞骨架的剪切弹性的研究。了解形状涨落与分子尺度现象之间的关系。此外，为了阐明生物界面在更动态和非平衡状态下的行为，我们还总结了肌动蛋白-肌球蛋白系统（肌动球蛋白）驱动的重构脂质膜界面的研究。通过利用静电相互作用结合肌动球蛋白和脂质膜，首次观察到人工脂质膜界面的动态变形与重构肌动球蛋白的自发结构形成，模型揭示了界面的非热性质和曲率依赖性行为。位移。我们还深入分析了界面处的非热波动，讨论了将10秒尺度上具有时间相关性的有色噪声型动力的产生转化为界面处的非热位移。除了上述主要成果外，我们还通过致力于阐明跨层次的非平衡界面现象取得了成果，例如带电界面的粗粒度MD计算和多细胞生物Hydra中的界面变形。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Quantification of the Influence of Endotoxins on the Mechanics of Adult and Neonatal Red Blood Cells

内毒素对成人和新生儿红细胞力学影响的定量

DOI：
10.1021/acs.jpcb.5b01544
发表时间：
2015
期刊：
The Journal of Physical Chemistry B
影响因子：
0
作者：
Hiroaki Ito;Navina Kuss;Bastian E. Rapp;Masatoshi Ichikawa;Thomas Gutsmann;Klaus Brandenburg;Johannes M. B. Poeschl;and Motomu Tanaka
通讯作者：
and Motomu Tanaka

アクトミオシンと結合した再構成脂質界面のゆらぎと変形

与肌动球蛋白结合的重构脂质界面的波动和变形