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乳木肠流量下的形状变化要比健康的红细胞较小，这可能会引发败血症的全身性炎症，但是对诸如弹性等物理性质的变化缺乏了解。因此，对细胞形状波动和微流体设备和光学陷阱的光谱分析进行了整合，以量化单个红细胞物理性质的变化。我们已经阐明了内毒素分子的聚糖，红细胞的弯曲模量的时间越长，剪切弹性模量同时增加，而在新生儿红细胞中，这种变化比成人红细胞中的变化更为明显，而新的药物候选肽抑制了这种变化。特别是，已经证明，从细胞骨架中得出的结合术语对于理解红细胞的波动至关重要，是生物界面的特征。此外，在细胞膜上添加并作用于细胞膜表面的内毒素分子的结果会影响细胞质侧的细胞骨架的shea弹性，这表明对跨膜蛋白嵌入细胞膜中的跨膜蛋白具有影响，从而深深地了解了我们对我们对孔隙层面层面层面层面层面层面和分子之间关系的了解。此外，我们还编制了由肌动蛋白膜蛋白蛋白系统（肌动蛋白）驱动的重构脂质膜界面的平行研究，目的是阐明在更具动态和非平衡状态下生物界面的行为。通过将静电相互作用结合到肌动蛋白和脂质膜的结合上，在人造脂质膜的界面上进行了动态变形，并首次观察到重建肌动蛋白的自发结构形成，第一次观察到了重建肌动蛋白的自发结构，分析和数学建模揭示了非毛皮的界面性质和数学性质的界面性能和依赖的依赖。我们还加深了对界面上非热波动的分析，并讨论了在10秒尺度上随时间相关的有色噪声类型的动态产生已转换为接口的非热位移。除上述主要结果外，我们还努力阐明跨分层层的非平衡界面现象，例如带电接口的粗粒度MD计算以及多细胞生物氢的界面变形。

项目成果

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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