Establishment of research base for lipid chemical biology

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「生物はなぜ多様な脂質を有するのか?」という根源的な問いに対する一つの答えとして、膜タンパク質の構造や機能を制御するために多様な脂質が必要である、との仮説が成り立つ。一方で、脂質-膜タンパク質間相互作用解析の方法論が欠如しているため、この分野の研究は立ち遅れている。そこで本研究では、松森らが脂質膜研究で開発した分析手法を集約化することで脂質-膜タンパク質間相互作用解析のプラットフォームを構築し、脂質機能および脂質多様性の解明を目指す。我々はすでに表面プラズモン共鳴(SPR)センサーチップの金基盤表面を自己組織化単分子膜で修飾することで膜タンパク質を高密度に固定化することに成功し、膜タンパク質に特異的に結合する脂質の分析を可能にした。これを放線菌由来のカリウムチャネルKcsAに本手法を適用し、カルジオリピンが特異的に結合するとともにチャネル開口を促進することを見出した。さらに分担者の老木、岩本教授らと共同で変異実験を行い、カルジオリピンの結合部位を特定するとともに、分子動力学シミュレーションを行い、カルジオリピンによるKcsA活性化機構を明らかにした。令和４年度にはこれに関する論文を一報投稿し、さらにもう一報の投稿を準備している。一方、SPRを用いた相互作用解析方法では特異的脂質を見つけるために精製した脂質を分析する必要がある。この欠点を補うために、金ナノ粒子をSAMで修飾し、これに膜タンパク質を固定化することで、脂質混合物から膜タンパク質特異的脂質を簡便に取得する手法を発案した。本年度はバクテリオロドプシン(bR)を用いて本アイデアの検証に成功し、現在論文投稿準備中である。さらに、金ナノ粒子は強い赤色を呈することから、PVDF膜に付着させた脂質をこの膜タンパク質固定金ナノ粒子で染色することで、特異的脂質をより簡便に検出する手法の開発も開始し、おおむねこれを達成した。