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非対称粘性下におけるモデル生体膜の変形機構

非对称粘度下模型生物膜的变形机制

基本信息

批准号：
23840031
负责人：
柳澤実穂
金额：
$ 1.91万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011-08-24 至 2013-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

細胞は、絶えず外界と膜を介した物質やエネルギーのやりとりを行いながら、生命活動を維持している。それゆえ、非平衡条件下での膜系の構造と物性を理解することは、生命を物理的に理解する上で必要だといえる。近年、細胞膜の基礎となる脂質2分子膜小胞(ベシクル)に、細胞膜の持つ構造的特徴や細胞内外の環境因子をボトムアップ的に付与し、それに応じた構造や形の変化を解析することが可能となってきている。実際に我々は、膜タンパク質モデルとして高分子結合型脂質を添加すると細胞の脂質ラフトのようなナノドメインが安定して形成されること(Yanagisawa et al., 2012 Softmatter)や、光応答性脂質を添加したベシクルに光照射すると膜組成に応じた崩壊が生じること(Diguet, et al, ら 2012 J.Am.Chem.Soc.)、蛋白質発現系をベシクルに封入すると遺伝子発現が膜によって加速されること(Kato et al, 2012 Sci.Rep.)などをこれまでに報告してきている。こうした研究の流れを発展させて、本研究では細胞内外が異なる粘性流体で占められている点に注目し、それをベシクルで再現した上で、膜内外の粘性の違いが膜の物性や変形へ及ぼす影響を解析した。初めに、高粘性であるゼラチンとPEG (polyethylene glycol)を溶解した2成分高分子水溶液をベシクル内に封入し、内部構造形成に伴う膜変形を観察した。この系は、水溶液中では温度低下に伴ってマクロに2相分離するが(論文投稿中)、ベシクル内では膜との相互作用によって、膜変形と相分離がカップルした新規な非平衡パターンを示すことを見出した(第67回日本物理学会年次大会にて発表)。また細胞のように、膜直下を高分子ゲル、内部をゾルで覆われたパターンも見られている。以上の結果は、細胞がどのように内部構造と形を共に制御しているのか、という機構を理解する上で重要な結果であると言える。

The cell is isolated from the outside world, and the membrane is used to maintain the life of the cell. The structure and physical properties of membrane systems under non-equilibrium conditions are necessary for understanding the physics of life In recent years, it is possible to analyze the basic structure of cell membrane, the characteristics of cell membrane structure and the environmental factors inside and outside the cell. In the meantime, the lipid profile of the cell is stable due to the addition of polymer-bound lipids to the membrane (Yanagisawa et al., 2012 Softmatter), Photoreactive Lipid Addition (Diguet, et al, 2012 J.Am. Chem. Soc.), Protein production system is described as "encapsulation" and "acceleration" of protein production system (Kato et al, 2012 Sci.Rep.) The report was submitted to the General Assembly. This study aims to analyze the effects of viscosity on membrane properties, shape and viscosity of viscous fluids in and out of cells. In the early stage, high viscosity, PEG (polyethylene glycol) solution, two-component polymer aqueous solution, encapsulation, internal structure formation and film formation were observed. The system of phase separation in aqueous solution is accompanied by temperature drop (paper submission), membrane interaction in aqueous solution, membrane shape and phase separation, and new rules for non-equilibrium separation are presented (table presented at the 67th annual meeting of the Japanese Physical Society). The cells are in the middle, the membrane is in the middle, the polymer is in the middle, and the membrane is in the middle. The above results are important for understanding the internal structure of the cell.