Chemical study on dynamics of model lipid bilayers reproducing biomembrane under non-equilibrium conditions

非平衡条件下模型脂双层复制生物膜动力学的化学研究

• 批准号: 21H04707
• 负责人: 村田 道雄
• 金额: $ 24.54万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04707/
• 关键词: 脂質ラフト; 生体モデル膜; 糖脂質; 非対称脂質二重膜; 同位体標識脂質

今年度は、引き続き生体膜の機能のなかで、脂質ラフト（Lo/Ld相分離状態）と内・外葉の非対称性を備えた脂質二重膜のモデルを創出することに注力した。特に、Lo/Ld相分離状態についての興味深い実験結果が得られたので以下に述べる。まず、スフィンゴミエリン(SM)が形成する脂質ラフト(Lo)相に膜貫通タンパク質p24が分配する機構を、貫通部位のペプチドを用いて精査した。p24ペプチドがLo相へ分配された時にペプチドとの接触確率の高い脂質を、31P NMRシグナルの横緩和時間（T2）を測定することによって判別した。その結果、SM(Lo脂質)とペプチドの接触は、DOPC(Ld脂質)に比べて低頻度であることがわかり、SMがナノサブドメインを形成し、そのDOPCを含む間質部分にペプチドが存在するという我々のモデルの妥当性は支持された。次に、ナノサブドメインにおけるDPPC(ジパルミトイルフォスファチジルコリン)分子の配向状態をDPPCの2つの脂肪鎖それぞれについて調べた。このために、2H/13C-二重標識脂肪酸を化学合成して、DPPCのsn-1とsn-2の各々に導入した。固体NMRから得られる四極子分裂と磁気双極子相互作用によって、２つのベクトルの膜法線に対する配向を求めた。その結果、従来の予想に反して２つのアシル鎖が法線からほぼ同じ角度で僅かに傾いている事が明らかとなった。同様の結果は、SMについても得られた。これは、DPPCとSMは同様にナノサブドメインを形成し、それらの性状はゲル相における脂質鎖充填構造を部分的に模していることを示唆している。これらの成果は、生体脂質の相互作用に重要なLo/Ld相分離状態における分子構造的描像の取得を可能にし、生体膜の物性発現機構の理解につながる成果であると考える。

今年，我们继续专注于创建具有脂质筏（LO/LD相分离态）和生物膜之间的内部和外部叶片的脂质双层膜模型。特别是，已经获得了LO/LD相分离态的有趣的实验结果，将在下面进行描述。首先，使用穿透性位点的肽检查了跨膜蛋白p24分布在由鞘磷脂（SM）形成的脂质筏（LO）相中的机制。通过测量31p NMR信号的横向松弛时间（T2）来确定p24肽分布到LO相中时与肽接触率高的脂质。结果表明，SM（LO脂质）和肽之间的接触频率不如DOPC（LD脂质），这支持了我们模型的有效性，其中Sm形成纳米族量，并且在含有其DOPC的基质部分中存在肽。接下来，研究了DPPC中DPPC（Dipalmitoylphophatidyl胆碱）分子的定向状态，用于DPPC的两个脂肪链中的每个链条中的每个链。为此，将2H/13C双标记的脂肪酸化学合成，并引入DPPC的Sn-1和Sn-2中。两个向量相对于膜法线的方向是通过从固态NMR获得的四倍分裂和磁偶极相互作用来确定的。结果，与以前的预期相反，据表明，这两个酰基链与正常链以大致相同的角度略微倾斜。 SM获得了类似的结果。这表明DPPC和SM还形成了纳米管，它们的性质部分模仿了凝胶相中充满脂质链的结构。这些结果允许在LO/LD相分离状态中获取分子结构图像，这对于生物脂质之间的相互作用很重要，并导致对生物膜物理表达的机制的理解。

项目成果

Åbo Akademi University(フィンランド)

奥博学术大学（芬兰）

Depth-Dependent Segmental Melting of the Sphingomyelin Alkyl Chain in Lipid Bilayers

脂质双层中鞘磷脂烷基链的深度依赖性片段熔化

• DOI: 10.1021/acs.langmuir.2c00092
• 发表时间: 2022
• 期刊: Langmuir
• 影响因子: 3.9
• 作者: Tsuchikawa Hiroshi;Monji Mami;Umegawa Yuichi;Yasuda Tomokazu;Slotte J. Peter;Murata Michio
• 通讯作者: Murata Michio

Experimental and theoretical investigations into the mechanism of interactions between membrane-bound fatty acids and their binding protein: A model system to investigate the behavior of lipid acyl chains in contact with proteins

膜结合脂肪酸与其结合蛋白之间相互作用机制的实验和理论研究：研究脂质酰基链与蛋白质接触行为的模型系统

• DOI: 10.1016/j.chemphyslip.2022.105227
• 发表时间: 2022
• 期刊: Chemistry and Physics of Lipids
• 影响因子: 3.4
• 作者: Sugiyama Shigeru;Matsuoka Daisuke;Hara Toshiaki;Sonoyama Masashi;Matsuoka Shigeru;Murata Michio
• 通讯作者: Murata Michio

β-Glucosylation of cholesterol reduces sterol-sphingomyelin interactions

胆固醇的β-葡萄糖基化减少甾醇-鞘磷脂相互作用

• DOI: 10.1016/j.bbamem.2020.183496
• 发表时间: 2021
• 期刊: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes
• 作者: Hanashima Shinya;Fukuda Nanami;Malabed Raymond;Murata Michio;Kinoshita Msanao;Greimel Peter;Hirabayashi Yoshio
• 通讯作者: Hirabayashi Yoshio

StonyBrook University(米国)

石溪大学（美国）