Physical mechanisms of the role of cholesterol in envelope virus infection membrane fusion process

胆固醇在包膜病毒感染膜融合过程中作用的物理机制

基本信息

批准号：
22K03541
负责人：
高橋浩
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Gunma University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

高脂血症は新型コロナウイルス(SARS-Cov2)感染症の危険因子であるが、ステロール低下薬スタチン服用者は、重症化率、死亡率が低いとの報告がなされた。in vitro実験では、膜からコレステロール（Chol）を引き抜くとSARS-Cov2の培養ヒト細胞への感染が抑制された。他のエンベロープウイルス感染でもChol量が影響する。感染には、エンベロープ膜（脂質膜）と細胞膜の融合が必要である。これらのことに基づき、膜融合においてChol分子の物理的性質がどう関与するかを生体膜モデル系で探求することを着想した。これが研究の目的である。膜融合が起こるためには、膜同士が接近し互いの膜が接触する必要がある。膜間に強い反発作用があると膜同士の接触は実現しない。まず、リン脂質ホスファチジルエタノールアミン（POPE）からなるモデル膜に、CholとおよびコCholの前駆体であるラノステロール(Lan)を添加し、両ステロールがPOPE膜の膜間相互作用にどう影響するかを調べることに着手した。調べられた濃度範囲は、まだ狭いが、CholとLanで差が認められた。膜融合過程においては、逆ヘキサゴナル相類似の逆ミセル様構造が形成することが指摘されている。核磁気共鳴法による先行研究で、CholをPOPEに添加した場合、ラメラ相から逆ヘキサゴナル相転移温度は、低濃度では低下するが、20mol%を境に高濃度になると、逆に上昇するとされていたが、熱測定により、この現象を確認した。膜融合に逆ヘキサゴナル相形成やコCholが関与するのであるならば、膜融合に最適なChol濃度割合が存在することが示唆される。関連する業績として、Cholと同様にセラミド(Cer)もPOPEのラメラ-逆ヘキサゴナル相転移に影響を与える。過去に取ったCer・POPE系データを再解析した結果を論文として発表した。

高脂血症是新型冠状病毒（SARS-Cov2）感染的危险因素，但有报道称，服用降固醇药物他汀类药物的人重症率和死亡率较低。在体外实验中，从膜中提取胆固醇 (Chol) 可以抑制培养的人类细胞中的 SARS-Cov2 感染。胆汁水平也会影响其他包膜病毒感染。感染需要包膜（脂质膜）和细胞膜融合。基于这些发现，我们萌生了利用生物膜模型系统研究 Chol 分子的物理性质如何参与膜融合的想法。这就是本研究的目的。为了发生膜融合，膜必须彼此靠近并彼此接触。如果薄膜之间存在很强的排斥力，则薄膜之间将无法实现接触。首先，我们将 Chol 和羊毛甾醇 (Lan)（co-Chol 的前体）添加到由磷脂酰乙醇胺 (POPE) 制成的模型膜中，以研究这两种甾醇如何影响 POPE 膜的膜间相互作用。尽管研究的浓度范围仍然很窄，但在 Chol 和 Lan 之间观察到了差异。有人指出，在膜融合过程中，形成类似于反六角相的反胶束状结构。先前使用核磁共振波谱的研究表明，当POPE中添加Chol时，从层状相到反六方相的转变温度在低浓度下降低，但当浓度增加超过20mol%时升高，但这种现象是存在的。通过热测量证实。如果反六角相形成和co-Chol参与膜融合，这表明存在膜融合的最佳Chol浓度比。作为一项相关工作，与 Chol 一样，神经酰胺 (Cer) 也会影响 POPE 的层状-反六方相变。对过去收集的Cer/POPE数据进行再分析的结果以论文形式发表。

项目成果

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专利数量（0）

Long chain ceramides raise the main phase transition of monounsaturated phospholipids to physiological temperature

长链神经酰胺将单不饱和磷脂的主要相变提高至生理温度

DOI：
10.1038/s41598-022-25330-y
发表时间：
2022-12-02
期刊：
影响因子：
4.6
作者：
Takahashi, Hiroshi;Hayakawa, Tomohiro;Makino, Asami;Iwamoto, Kunihiko;Ito, Kazuki;Sato, Satoshi B.;Kobayashi, Toshihide
通讯作者：
Kobayashi, Toshihide

異なる3種のステロールによる一価不飽和リン脂質（POPC）二重層の膜厚さに及ぼす影響比較

三种不同甾醇对单不饱和磷脂（POPC）双层厚度影响的比较